O documento apresenta um manual técnico sobre bombas produzido pela Grundfos, abordando os seguintes tópicos: (1) construção e tipos de bombas centrífugas, incluindo fluxos radial e axial, rotores e carcaças; (2) tipos de bombas como padrão, bi-partida e hermeticamente seladas; (3) vedações de eixos mecânicos; (4) motores elétricos; (5) líquidos e materiais; (6) instalação e leitura do desempenho; (7

1. GRUNDFOS INDUSTRY
MANUAL DE BOMBAS

4. MANUAL DE BOMBA
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5. Introdução
A indústria fabril tem uma elevada demanda pesada por bombas, quando
se trata de uma ótima operação, alta confiabilidade e baixo consumo de
energia. Por esse motivo, a Grundfos desenvolveu o Manual de Bomba,
que, de maneira simples, aborda com várias considerações ao dimensionar
bombas e sistemas de bombas.
Elaboramos um manual para engenheiros e técnicos que trabalham
com o projeto e instalação de bombas e sistemas de bombas, contendo
respostas para uma ampla variedade de perguntas técnicas específicas
sobre as bombas. O Manual de Bombas pode ser lido do princípio ao fim ou
parcialmente sobre tópicos específicos.
O manual está dividido em 5 capítulos, os quais abordam as diferentes
fases do projeto de sistemas de bombas.
No capítulo 1 fazemos uma apresentação geral de diferentes tipos de
bombas e componentes. Aqui também descrevemos quais precauções
tomar ao lidar com líquidos viscosos. Além disso, os materiais mais usados,
assim como os diferentes tipos de corrosão são apresentados aqui. As
terminologias mais importantes relacionadas à leitura do desempenho
das bombas são apresentadas no capítulo 2. O Capítulo 3 aborda os
sistemas hidráulicos e alguns dos fatores mais importantes a considerar
para se obter uma ótima operação do sistema de bombas. Visto que é
frequentemente necessário ajustar o desempenho da bomba por meio
de vários métodos de ajuste, estes métodos são abordados no capítulo 4.
O capítulo 5 descreve os custos do ciclo de vida uma vez que o consumo
de energia desempenha um papel importante nas bombas e sistemas de
bombas de hoje.
Esperamos sinceramente que você faça uso do Manual de Bomba e o
considere útil no seu trabalho diário.
Diretor de Segmento Especialista em Aplicação
Mogens Roy Olesen Christian R. Bech

6. Capítulo 1 Design de bombas e motores.................................7
Seção 1.1 Construção de bombas................................................8
1.1.1 A bomba centrífuga...............................................................8
1.1.2 Curvas das bombas................................................................ 9
1.1.3 Características da bomba centrífuga...........................11
1.1.4 Tipos mais comuns de bombas de
sucção axial e em linha ................................................... 12
1.1.5 Tipos de rotores (forças axiais) ....................................... 14
1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)................................... 15
1.1.7 Bombas monoestágio....................................................... 15
1.1.8 Bombas multiestágio..........................................................16
1.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto 16
Seção 1.2 Tipos de bombas..........................................................17
1.2.1 Bombas padrão .................................................................... 17
1.2.2 Bombas bi-partida............................................................. 17
1.2.3 Bombas hermeticamente seladas ............................. 18
1.2.4 Bombas sanitárias ..............................................................20
1.2.5 Bombas de efluentes ....................................................... 21
1.2.6 Bombas imersíveis ............................................................ 22
1.2.7 Bombas submersas .......................................................... 23
1.2.8 Bombas de descolamento positivo .............................24
Seção 1.3 Vedações de eixos mecânicos...............................27
1.3.1 Componentes e função da vedação
de eixo mecânico.................................................................29
1.3.2 Vedações de eixos mecânicos balanceados
e não balanceados .............................................................30
1.3.3 Tipos de vedações de eixos mecânicos....................... 31
1.3.4 Combinações de materiais da face
da vedação.............................................................................34
1.3.5 Fatores que afetam o desempenho
da vedação.............................................................................36
Seção 1.4 Motores.......................................................................... 39
1.4.1Padrões ..................................................................................... 40
1.4.2 Partida no motor................................................................. 46
1.4.3 Tensão de alimentação.................................................... 47
1.4.4 Conversor de frequência................................................. 47
1.4.5 Proteção do motor............................................................. 49
Seção 1.5 Líquidos............................................................................53
1.5.1 Líquidos viscosos............................................................................ 54
1.5.2 Líquidos Não Newtonianos ...................................................... 55
1.5.3 Impacto dos líquidos viscosos sobre o desempenho
de uma bomba centrífuga......................................................... 55
1.5.4 Seleção da bomba correta para um líquido
com anticongelante ......................................................................56
1.5.5 Exemplo de cálculo ....................................................................... 58
1.5.6 Seleção da bomba com auxílio de computador
para líquidos densos e viscosos................................................ 58
Seção 1.6 Materiais........................................................................ 59
1.6.1 O que é corrosão?..................................................................60
1.6.2 Tipos de corrosão...................................................................61
1.6.3 Metais e ligas metálicas.....................................................65
1.6.4 Cerâmica...................................................................................71
1.6.5 Plástico.......................................................................................71
1.6.6 Borracha....................................................................................72
1.6.7 Revestimentos........................................................................73
Capítulo 2 Instalação e leitura do
desempenho .....................................................................................75
Seção 2.1 Instalação da bomba ................................................76
2.1.1 Nova instalação.....................................................................76
2.1.2 Substituição-instalação existente .................................76
2.1.3 Fluxo do tubo para instalação de
bomba única..........................................................................77
2.1.4 Limitação de ruídos e vibrações......................................78
2.1.5 Nível de som (L)......................................................................81
Seção 2.2 Desempenho da bomba .........................................83
2.2.1 Termos hidráulicos................................................................83
2.2.2 Termos elétricos.....................................................................90
2.2.3 Propriedades dos líquidos.................................................93
Índice

7. Capítulo 3 Sistema hidráulico......................................................95
Seção 3.1 Características do sistema .......................................96
3.1.1 Resistências únicas...............................................................97
3.1.2 Sistemas abertos e fechados ............................................98
Seção 3.2 Bombas conectadas em série e paralelas............101
3.2.1 Bombas em paralelo..........................................................101
3.2.2 Bombas conectadas em série........................................103
Capítulo 4 Ajuste do desempenho
das bombas......................................................................................105
Seção 4.1 Ajuste do desempenho das bombas.................106
4.1.1 Controle por estrangulamento....................................107
4.1.2 Controle de desvio.............................................................107
4.1.3 Modificação do diâmetro do rotor.............................108
4.1.4 Controle de velocidade....................................................108
4.1.5 Comparação dos métodos de ajuste.........................110
4.1.6 Eficiência geral do sistema da bomba......................111
4.1.7 Exemplo: Consumo de energia relativo
quando o fluxo é reduzido em 20%...........................111
Seção 4.2 Soluções para bomba com
velocidade controlada ...................................................114
4.2.1 Controle de pressão constante....................................114
4.2.2 Controle de temperatura constante..........................115
4.2.3 Pressão do diferencial constante em
um sistema de circulação..............................................115
4.2.4 Controle da pressão diferencial
com compensada por fluxo .........................................116
Seção 4.3 Vantagens do controle
de velocidade......................................................................117
Seção 4.4 Vantagens das bombas com
conversor de frequência integrado .......................... 118
4.4.1 Curvas de desempenho de bombas com
velocidade controlada.....................................................119
4.4.2 Bombas com velocidade controlada em
diferentes sistemas ..........................................................119
Seção 4.5 Conversor de frequência.......................................122
4.5.1 Funções e características básicas.................................122
4.5.2 Componentes do conversor
de frequência......................................................................122
4.5.3 Condições especiais referentes aos
conversores de frequência.............................................124
Capítulo 5 Cálculo dos custos
do ciclo de vida ...............................................................................127
Seção 5.1 Equação de custos do ciclo de vida....................128
5.1.1 Custos iniciais, preço de compra (Cic)..........................129
5.1.2 Custos de Instalação e
comissionamento (Cin).....................................................129
5.1.3 Custos de energia (Ce)........................................................130
5.1.4 Custos operacionais (Co)...................................................130
5.1.5 Custos ambientais (Cenv)...................................................130
5.1.6 Custos de manutenção e reparos (Cm)......................131
5.1.7 Custos de tempo de parada,
perda de produção (Cs)...................................................131
5.1.8 Custos de desmantelamento
e descarte (Co)......................................................................131
Seção 5.2 Cálculo dos custos
do ciclo de vida – um exemplo ...................................132
Apêndice............................................................................................133
A) Notações e unidades........................................................134
B) Tabelas de conversão de unidades.............................135
C) Prefixos SI e alfabeto grego...........................................136
D) Pressão do vapor e densidade da água
em diferentes temperaturas........................................137
E) Orifício .................................................................................138
F) Mudança na pressão estática devido
à mudança do diâmetro do cano...............................139
G) Injetores.................................................................................140
H) Nomograma para perdas de
carga em curvas e válvulas............................................141
I) Nomograma para perda do tubo de
água limpa a 20˚C.............................................................142
J) Sistema periódico..............................................................143
K) Padrões de bombas..........................................................144
L) Viscosidade para líquidos diferentes
como função da temperatura do líquido................145
Índice remissivo.............................................................................151

8. Capítulo 1. Design de bombas e motores
Seção 1.1: Construção da bomba
1.1.1 A bomba centrífuga
1.1.2 Curvas da bomba
1.1.3 Características da bomba centrífuga
1.1.4 Tipos mais comuns de bombas de
sucção axial e em linha
1.1.5 Tipos de rotor (forças axiais)
1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)
1.1.7 Bombas monoestágio
1.1.8 Bombas multiestágio
1.1.9 Bombas com acoplamento longo
e curto
Seção 1.2 Tipos de bombas
1.2.1 Bombas padrão
1.2.2 Bombas bi-partida
1.2.3 Bombas hermeticamente seladas
1.2.4 Bombas sanitárias
1.2.5 Bombas de efluentes
1.2.6 Bombas imersíveis
1.2.7 Bombas submersa
1.2.8 Bombas de deslocamento positivo

9. Seção 1.1
Construção da bomba
1.1.1 Bomba centrífuga
Em 1689, o físico Denis Papin inventou a bomba
centrífuga e este tipo de bomba é o mais usado ao
redor do mundo. A bomba centrífuga é construída
sobre um princípio simples: O líquido é levado
até o cubo do rotor e, através da força centrífuga,
ele é lançado na direção da periferia dos rotores.
A construção é razoavelmente barata, robusta e
simples e sua alta velocidade possibilita conectar
a bomba diretamente a um motor assíncrono.
A bomba centrífuga oferece um fluxo de líquido
uniforme e pode facilmente ser acelerado sem
causar danos a bomba.
Agora, vamos observar a figura 1.1.1, que mostra
o fluxo do líquido através da bomba. A entrada
da bomba leva o líquido para o centro do rotor
giratório de onde é lançado para a periferia. Esta
construção oferece alta eficiência e é apropriada
para lidar com líquidos puros. As bombas, que têm
que lidar com líquidos impuros, como bombas
de efluentes, são equipadas com um rotor que é
construído especialmente para evitar que objetos
fiquem armazenados no interior da bomba,
consulte a seção 1.2.5.
Se ocorrer diferença de pressão no sistema enquanto
a bomba centrífuga não estiver funcionando, o
líquido ainda consegue passar através da mesma
devido ao seu desenho aberto.
Como se pode ver na figura 1.1.2, a bomba centrífuga
pode ser classificada em diferentes grupos: Bombas
de fluxo radial, bombas de fluxo misto e bombas de
fluxo axial. As bombas de fluxos radial e as bombas
de fluxo misto são os tipos mais comuns utilizados.
Portanto, iremos nos concentrar somente nestes tipos
de bombas nas próximas páginas.
Entretanto, apresentaremos brevemente a bomba
de deslocamento positivo na seção 1.2.8.
As diferentes exigências de desempenho das
bombas centrífugas, especialmente em relação à
altura manométrica total, fluxo e instalação,
junto com as exigências de operação econômica,
são somente algumas das razões porque existem
tantos tipos de bombas. A Figura 1.1.3 mostra os
diferentes tipos de bombas em relação ao fluxo e
pressão.
Fig. 1.1.1: O fluxo do líquido através da bomba
Bomba de fluxo radial Bomba de fluxo misto Bomba de fluxo axial
Fig. 1.1.2: Diferentes tipos de bombas centrífugas
H [m]
1 2
10000
6
4
2
1000
6
4
2
100
6
4
2
10
6
4
2
4
6
Bombas de fluxo radial
multiestágios
Bombas de
fluxo radial
monoestágios
10
Bombas de fluxo misto
Bombas de fluxo axial
2 46 100 2 46 10002 46 10000 100000
Q [m3/h]
Fig. 1.1.3: Fluxo e altura manométrica total para
diferentes tipos de bombas centrífugas
8

10. 1.1.2 Curvas das bombas
Antes de aprofundarmos no mundo da construção e
tipos de bombas apresentaremos as características
básicas das curvas de desempenho das bombas. O
desempenho de uma bomba centrífuga é mostrado
por um conjunto de curvas de desempenho. As
curvas de desempenho para uma bomba centrífuga
são mostradas na figura 1.1.4. Altura manométrica
total, consumo de energia, eficiência de consumo
e NPSH são mostrados como uma função no fluxo.
Normalmente, as curvas das bombas nas apostilas de
dados cobrem somente a parte da bomba. Portanto,
o consumo de energia, o valor P2 que também está
listado nas apostilas de dados, cobre somente a
energia que entra na bomba – consulte a figura
1.1.4. O mesmo vale para o valor eficiência, que cobre
somente a parte da bomba (η = ηP).
Em alguns tipos de bombas com motor integrado e
conversor de frequência possivelmente integrado,
por exemplo, bombas com motor blindado (consulte
a seção 1.2.3), a curva de consumo de energia e a
curva η cobrem o motor e a bomba. Neste caso, é o
valor P1 que deve ser levado em consideração.
No geral, as curvss das bombas são projetadas de acordo
com o ISO 9906 Anexo A, que especifica as tolerâncias
das curvas:
• Q +/- 9%,
• H +/-7%,
• P +9%
• -7%.
Mostramos a seguir uma breve apresentação das
diferentes curvas de desempenho de bombas.
Altura manométrica total, a curva QH
A curva QH mostra a altura manométrica total, que
a bomba é capaz de executar em um determinado
fluxo. A altura manométrica total é medida em metros
de coluna de líquido/metros [mLC]; normalmente a
unidade metro [m] é aplicada. A vantagem de se usar
a unidade [m] como unidade de medida da altura
manométrica total da bomba é que a curva QH não
é afetada pelo tipo de líquido que bomba tem que
manejar, consulte a seção 2.2 para mais informações.
H
[m]
η
[%]
50
40
70
Eficiência
60
50
40
30
20
10
0
12
10
8
6
4
2
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]
P2
[kW]
10
8
6
4
2
0
NPSH
(m)
Consum o de energia
NPSH
Fig. 1.1.4: Curvas de desempenho típicas para
uma bomba centrífuga. Altura manométrica
total, consumo de energia, eficiência e NPSH são
mostrados como uma função do fluxo
Q
P1 M P2 H
3~
ηM ηP
Fig. 1.1.5: As curvas para consumo de energia e
eficiência normalmente cobrem somente a parte
da bomba da unidade – i.e. P2 e ηP
H
[m]
60
50
40
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Q [m3/h
Fig. 1.1.6: Curva QH típica para uma bomba
centrífuga; fluxo baixo resulta em altura
manométrica total alta e fluxo alto resulta em
altura manométrica total baixa
9

11. Eficiência, a curva η
A eficiência é a relação entre a energia fornecida e
a quantidade de energia utilizada. No mundo das
bombas, a eficiência ηP é a relação entre a energia,
que a bomba fornece para a água (PH) e a entrada
de energia no eixo (P2):
onde:
ρ é a densidade do líquido em kg/m3,
g é a aceleração da gravidade em m/s2,
Q é o fluxo em m3/h e H é a altura manométrica
total em m.
Para água a 20oC e com Q medido em m3/h e H em
m, a energia hidráulica pode ser calculada como:
Como aparece a partir da curva de eficiência, a
eficiência depende do ponto de operação da bomba.
Portanto, é importante selecionar uma bomba que
seja compatível com os requisitos de fluxo e que
assegure que a bomba esteja funcionando na área
de fluxo mais eficiente.
Consumo de energia, a curva P2
A relação entre o consumo de energia da bomba
e o fluxo é mostrada na figura 1.1.8. A curva P2
da maioria das bombas centrífugas é semelhante
à curva na figura 1.1.8 onde o valor P2 aumenta
quando o fluxo aumenta.
Curva NPSH (Altura Manométrica de Sucção
Positiva Líquida)
O valor NPSH de uma bomba é a pressão mínima
absoluta (consulte a seção 2.2.1) que deve estar
presente no lado de sucção da bomba para evitar
cavitação. O valor NPSH é medido em [m] e
depende do fluxo; quando o fluxo aumenta, o valor
NPSH também aumenta; figura 1.1.9. Para mais
informações sobre cavitação e NPSH, vá para a
seção 2.2.1.
η
[%]
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]
Fig. 1.1.7: Curva de eficiência de uma bomba
centrífuga típica
P2
[kW]
10
8
6
4
2
0
0 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]
Fig. 1.1.8: Curva de consumo de energia de uma
bomba centrífuga típica
NPSH
[m]
10
8
6
4
2
0
0 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]
ηp =
PH
P2
=
ρ . g . Q . H
P2 x 3600
Fig. 1.1.9: Curva NPSH de bomba centrífuga
típica
PH = 2.72 . Q . H [W]
10
Seção 1.1
Construção da bomba
= Q . H . g .ρ
3600 x ηp
P2

12. 1.1.3 Características da bomba centrífuga
A bomba centrífuga possui várias características
e as mais importantes serão apresentadas nesta
seção. Mais adiante neste capítulo forneceremos
uma descrição mais detalhada dos diferentes tipos
de bombas.
• Número de fases
Dependendo do número de rotores na bomba,
uma bomba centrífuga pode ser uma bomba
monoestágio ou uma bomba multiestágio.
• Posição do eixo da bomba
As bombas monoestágio e multiestágio são
produzidas com eixos de bomba verticais ou
horizontais. Estas bombas normalmente são
normalmente designadas como bombas horizontais
ou verticais. Para mais informações, vá para seção
1.1.4.
• Rotores de sucção simples ou de sucção dupla
Dependendo da construção do rotor, uma bomba
pode ser equipada com um rotor de sucção simples
ou rotor de sucção dupla. Para mais informações, vá
para a seção 1.1.5.
• Acoplamento de estágios
Os estágios da bomba podem ser arranjados de
duas maneiras diferentes: em série e em paralelo,
consulte a figura 1.1.10.
• Construção da carcaça da bomba
Diferenciamos entre dois tipos de carcaça de bomba:
Carcaça Voluta e carcaça de canal de retorno com
palhetas guia. Para mais informações, vá para a
seção 1.1.6.
Fig 1.1.10: Bomba dupla com rotores
acoplados em paralelo
11

13. Seção 1.1
Construção da bomba
1.1.4 Tipos mais comuns de bomba de sucção axial e em linha
Sucção axial
Horizontal
Monoestágio
Multiestágio
Acoplamento curto Acoplamento curto
Acoplamento longo
Bomba de sucção axial = O líquido entra diretamente no rotor. A entrada e a saída possuem
um ângulo de 90°. Consulte a seção 1.1.9
Bomba em linha = O líquido passa diretamente pela bomba em linha. O cano de sucção e o cano
de descarga
são colocados opostos um ao outro e podem ser montados diretamente no
sistema de encanamento
Bomba com carcaça
bipartida = Bomba com carcaça dividida axialmente. Consulte a seção 1.2.2
Bomba horizontal = Bomba com eixo horizontal
Bomba vertical = Bomba com eixo vertical
Bomba monoestágio = Bomba com rotor único. Consulte a seção 1.1.7
Bomba multiestágio = Bomba com vários rotores acoplados em série. Consulte a seção 1.1.8
Bomba com acoplamento
longo = Bomba conectada ao motor através de um acoplamento flexível. O motor e
a bomba possuem construções de rolamentos separados. Consulte a seção
1.1.9
Bomba com acoplamento
curto = bomba conectada ao motor através de um acoplamento rígido. Consulte a
seção 1.1.9
12

14. Em linha
Horizontal / Vertical
Multiestágio
Monoestágio
Bipartida
Monoestágio
Acoplamento longo Acoplamento curto Acoplamento curto
Acoplamento longo
Horizontal
13

15. 1.1.5 Tipos de rotores (forças axiais)
A bomba centrífuga gera pressão que exerce forças
sobre as peças fixas e giratórias da bomba.
As peças das bombas são feitas para suportar
essas forças. Se as forças axiais e radiais não
forem contrabalanceadas na bomba, as forças
devem ser consideradas ao selecionar o sistema
de acionamento da bomba (rolamento de contato
angular no motor). Em bombas equipadas com
rotor de sucção simples, podem ocorrer grandes
forças axiais, figuras 1.1.11 e 1.1.12. Estas forças
são balanceadas em uma das seguintes formas:
• Mecanicamente por meio de rolamentos
de impulso. Estes tipos de rolamentos são
especialmente projetados para absorver as
forças axiais dos rotores
• Por meio de orifícios de balanceamento no rotor,
consulte a figura 1.1.13
• Por meio de regulagem do acelerador a partir
de um anel de vedação montado na traseira dos
rotores, consulte a figura 1.1.14
• Impacto dinâmico a partir da traseira do rotor,
consulte a figura 1.1.15
• O impacto axial sobre a bomba pode ser evitado
usando rotores de sucção dupla (consulte a
figura 1.1.16).
Fig. 1.1.13: Balanceando as
forças axiais em uma bomba
centrífuga monoestágio com
orifícios de balanceamento
somente
Fig. 1.1.14: Balanceando
as forças axiais em
uma bomba centrífuga
monoestágio com lacuna
de vedação no lado de
descarga e orifícios de
balanceamento
Fig. 1.1.15: Balanceando as
forças axiais em uma bomba
centrífuga monoestágio
com lâminas na traseira dos
rotores
Fig. 1.1.16: Balanceando as
forças axiais em um sistema
de rotor de sucção duplo
Fig. 1.1.11: : Rotor de
sucção simples
Fig. 1.1.12: Bomba padrão
com rotor de sucção simples
Forças Axiais
Seção 1.1
Construção da Bomba
14

16. 1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)
As forças radiais resultam da pressão estática na
carcaça. Portanto, podem ocorrer deflexões axiais
que levam à interferência entre o rotor e a carcaça.
A magnitude e a direção da força radial dependem
da taxa do fluxo e altura manométrica total.
Ao projetar a carcaça da bomba, é possível controlar
as forças radiais hidráulicas. Vale a pena mencionar
dois tipos de carcaças: a carcaça voluta simples e
a carcaça voluta dupla. Como se pode observar na
figura 1.1.18, as duas carcaças têm o formato de
voluta. A diferença entre as duas é que a voluta
dupla possui uma palheta guia.
A bomba de voluta simples é caracterizada por uma
pressão simétrica na voluta no ponto de eficiência
ótimo, que leva à carga radial zero. Em todos os
outros pontos, a pressão ao redor do rotor não é
regular e consequentemente há presença de força
radial.
Como se pode observar na figura 1.1.19, a carcaça
voluta dupla desenvolve uma força de reação radial
baixa constante em qualquer capacidade.
Os canais de retorno (figura 1.1.20) são usados em
bombas multiestágio e têm a mesma função básica
que as carcaças volutas. O líquido é levado de um
rotor para o outro ao mesmo tempo, a rotação da
água é reduzida e a pressão dinâmica é transformada
em pressão estática. Devido ao projeto circular da
carcaça do canal, não há forças radiais presentes.
1.1.7 Bombas monoestágio
Geralmente, as bombas monoestágio são usadas
em aplicações que não exigem uma altura
manométrica total de mais de 150 m. Normalmente,
as bombas monoestágio operam no intervalo de
2-100 m.
As bombas monoestágio são caracterizadas por
fornecer uma altura manométrica
baixa em relação ao fluxo, consulte a figura 1.1.3.
A bomba monoestágio é produzida no desenho
vertical e horizontal, consulte as figuras 1.1.21 e
1.1.22.
Fig. 1.1.17: Rotor de Forças radiais
Carcaça Voluta
Carcaça voluta
dupla
1.0 Q /Qopt
Força Radial
Carcaça voluta dupla
sucção simples
Fig. 1.1.19: Força radial para
carcaça voluta simples e dupla
Fig. 1.1.22: Bomba
com acoplamento
curto em linha
monoestágio
vertical
Fig. 1.1.21: Bomba com
acoplamento curto de
sucção axial monoestágio
Fig. 1.1.20: Bomba
em linha multiestágio
vertical com carcaça de
canal de retorno
Canal de retorno
15
Fig. 1.1.18: Carcaça voluta simples

17. Fig. 1.1.25: Bomba com
acoplamento longo com
acopla mento básico
Fig. 1.1.26: Bomba com acoplamento longo com
acopla mento de espaçador
1.1.8 Bombas multiestágio
Bombas multiestágio são usadas em instalações
onde uma altura manométrica elevada é
necessária. Diversas fases são conectadas em série
e o fluxo é guiado desde a saída de uma fase até
a entrada da próxima. A altura manométrica final
que uma bomba multiestágio pode proporcionar
é igual à soma da pressão que cada estágio pode
proporcionar.
A vantagem das bombas multiestágio é que
elas proporcionam uma altura manométrica
elevada em relação ao fluxo. Como as bombas
monoestágio, as bombas multiestágio estão
disponíveis nas versões vertical e horizontal,
consulte as figuras 1.1.23 e 1.1.24.
1.1.9 Bombas com acoplamento longo
e bombas com acoplamento curto
Bombas com acoplamento longo
Bombas com acoplamento longo são bombas com
acoplamento flexível que conecta a bomba e o
motor. Este tipo de acoplamento está disponível
como acoplamento básico ou como acoplamento
de espaçador.
Se a bomba estiver conectada ao motor por um
acoplamento básico, é necessário desmontar o
motor quando a bomba precisar de manutenção.
Portanto, é necessário alinhar a bomba na
montagem, consulte a figura 1.1.25.
Por outro lado, se a bomba estiver equipada com
um acoplamento de espaçador, é possível fazer a
manutenção na bomba sem desmontar o motor.
Deste modo, o alinhamento não é um problema,
consulte a figura 1.1.26.
Bombas com acoplamento curto
Estas bombas podem ser construídas nas duas
maneiras a seguir: A bomba tem o rotor montado
diretamente sobre o eixo estendido do motor ou a
bomba tem um motor padrão e um acoplamento
rígido ou acoplamento de espaçador, consulte as
figuras 1.1.27 e 1.1.28.
Fig. 1.1.24: Bomba de
sucção axial multiestágio
Fig. 1.1.23: Bomba horizontal
em linha multiestágio
vertical
Fig. 1.1.27: Bomba com
acoplamento curto com
acoplamento rígido
Fig. 1.1.28: Diferentes tipos de acoplamento
Tipo acoplam ento
básic o
Bomba com
acoplamento
longo com
acoplamento
flexível
Bomba com
acoplamento
curto com
acoplamento
rígido
Acoplam ento de
espaçador (opci)onal
Seção 1.1
Construção da bomba
16

18. Fig. 1.2.1:Bomba padrão com
acoplamento longo
Fig. 1.2.2: Bomba padrão com
eixo simples
Fig. 1.2.3: Bomba com carcaça
bipartida com acoplamento longo
Fig. 1.2.4: Bomba com
carcaça bipartida com
rotor de sucção dupla
Seção 1.2
Tipos de bomba
1.2.1 Bombas padrão
Poucas normas internacionais tratam de bombas
centrífugas. Na verdade, muitos países possuem
seus próprios padrões, que mais ou menos
sobrepõem uns aos outros. Uma bomba padrão
é aquela compatível com as regulamentações
oficiais, como, por exemplo, o ponto de operação
da bomba. Relacionamos abaixo alguns exemplos
de padrões internacionais para bombas:
• EN 733 (DIN 24255) se aplica às bombas
centrífugas de sucção axial, também conhecidas
como bombas de água padrão com pressão
nominal (PN) de 10 bar.
• EN 22858 (ISO 2858) se aplica às bombas
centrífugas, também conhecidas como bombas
químicas padrão com pressão nominal (PN) de
16 bar, consulte o apêndice K.
As normas mencionadas acima cobrem as
dimensões de instalação e os pontos de operação
de diferentes tipos de bombas. Quanto às peças
hidráulicas destas bombas, elas variam de acordo
com o fabricante - deste modo, não há padrões
internacionais determinados para estas peças.
Bombas, que são projetadas de acordo com os
padrões, oferecem vantagens ao usuário final
relacionadas à instalação, assim como serviço,
peças de reposição e manutenção.
1.2.2 Bombas com carcaça bipartida
Uma bomba com carcaça bipartida é uma
bomba cuja carcaça é dividida axialmente em
duas partes. A Figura 1.2.4 mostra uma bomba
monoestágio com carcaça bipartida com rotor
de sucção dupla. A construção com entrada
dupla elimina as forças axiais e assegura
uma expectativa de vida útil mais longa dos
rolamentos. Geralmente, as bombas com carcaça
bipartida são mais eficientes, tem manutenção
mais fácil e uma faixa de desempenho ampla.
17

19. Seção 1.2
Tipos de bomba
1.2.3 Bombas hermeticamente seladas
Não é de surpreender que a guia de entrada
do eixo da bomba deve ser selada. Geralmente,
isto é feito através de um retentor mecânico
do eixo, consulte a figura 1.2.5. A desvantagem
do retentor mecânico do eixo são suas
propriedades deficientes quando se trata
de manipulação líquidos tóxicos e agressivos,
que, consequentemente, levam a vazamento.
Até certo ponto estes problemas podem ser
resolvidos usando um retentor mecânico duplo
do eixo. Outra solução para estes problemas é
usar uma bomba hermeticamente selada.
Diferenciamos estes dois tipos de bombas
hermeticamente seladas: Bombas com motor
blindado e bombas com acionamento magnético.
Informações adicionais sobre estas bombas são
encontradas nos próximos parágrafos.
Bombas com motor blindado
Uma bomba com motor blindado é uma
bomba hermeticamente selada com o motor
e a bomba integrados em uma unidade sem
retentor, consulte as figuras 1.2.6 e 1.2.7. O
líquido bombeado entra na câmara do rotor que
é separado do estator por uma blindagem fina
do rotor. O rotor pode servir como uma barreira
hermeticamente selada entre o líquido e o motor.
As bombas químicas são feitas de materiais
como plástico ou aço inoxidável que podem
suportar líquidos agressivos.
O tipo mais comum de motor blindado é a
bomba circuladora. Este tipo de bomba é usado
tipicamente em circuitos de aquecimento, pois
sua construção produz baixo ruído e a operação
é livre de manutenção.
Liquido
Retentor
Atmosfera
Fig. 1.2.5: Exemplo de bomba padrão com retentor
mecânico do eixo
Blindagem
do motor
Fig. 1.2.6: Bomba química com motor blindado
Blindagem
do Motor
Fig. 1.2.7: Bomba circuladora com motor blindado
18

20. Bombas com acionamento magnético
Nos últimos anos, as bombas com acionamento
magnético têm se tornado cada vez mais
populares para transferência de líquidos tóxicos
e agressivos.
Como mostrado na figura 1.2.8, a bomba com
acionamento magnético é composta por dois
grupos de magnetos; um magneto interno e
um magneto externo. Uma blindagem não
magnetizada pode separar estes dois grupos.
A blindagem serve como uma barreira
hermeticamente selada entre o líquido e a
atmosfera. Como ilustrado na figura 1.2.9, o
magneto externo é conectado ao acionamento
da bomba e o magneto externo é conectado
ao eixo da bomba. Por meio disto, o torque
do acionamento da bomba é transmitido para
o eixo da bomba. O líquido bombeado serve
como lubrificante para os rolamentos da bomba.
Portanto, ventilação suficiente é crucial para os
rolamentos.
Magnetos externos Magnetos internos
Blindagem
Fig. 1.2.8: Construção do acionamento magnético
Magnetos
internos
Blindagem
Magnetos
externos
Fig. 1.2.9: Bomba multiestágio com acionamento
magnético
19

21. Fig. 1.2.10: Bomba sanitária
Fig.1.2.11: Bomba sanitária com canal lateral de
auto-escorvamento
1.2.4 Bombas sanitárias
As bombas sanitárias são usadas principalmente
por indústrias de alimentos, bebidas, farmacêuticas
e de biotecnologia onde é muito importante que o
líquido bombeado seja manipulado suavemente e
que as bombas sejam fáceis de limpar.
Para atender as exigências de processamento
destas indústrias, as bombas devem ter uma
superfície áspera entre 3,2 e 0,4 μm Ra. Isto pode
ser melhor obtido usando aço inoxidável forjado
ou laminado rolado como materiais de construção,
consulte a figura 1.2.12. Estes materiais possuem
uma superfície compacta não porosa que pode
ser facilmente trabalhada para atender os vários
requisitos de acabamento de superfície.
As principais características das bombas sanitárias
são facilidade de limpeza e de manutenção.
Os fabricantes líderes de bombas sanitárias
projetaram suas bombas para atender os padrões
a seguir:
EHEDG – [Grupo de Design de Equipamento
Higiênico Europeu]
QHD – [Design Higiênico Qualificado]
3-A – Padrões Sanitários:
3A0/3A1: Padrão Industrial/Higiênico
Ra ≤ 3.2 μm
3A2: Padrão Estéril
Ra ≤ 0.8 μm
3A3: Padrão Estéril
Ra ≤ 0.4 μm
Areia fundida
Fundição de
precisão
Aço rolado
Fig.1.2.12: Aspereza da superfície do material
Seção 1.2
Tipos de bomba
20

22. Fig. 1.2.14: Bomba de efluentes para instalações secas
Rotor de
vórtice
Rotor de
canal simples
Rotor de
canal duplo
Fig.1.2.13: Detalhe de
uma bomba de esgoto
para instalações úmidas
1.2.5 Bombas de efluentes
Uma bomba de efluentes é um equipamento
lacrado com uma bomba e um motor. Devido
a sua construção, a bomba de efluentes é
apropriada para instalação submersa em poços.
Trilhos duplos com sistema de autoacoplamento
normalmente são usados em instalações
submersas. O sistema de autoacoplamento
facilita a manutenção, reparo e substituição da
bomba. Devido à construção da bomba, não
é necessário entrar no poço para executar
o serviço. Na verdade, é possível conectar e
desconectar a bomba automaticamente de fora
do poço. As bombas de efluentes também podem
ser instaladas secas como bombas convencionais
em instalações horizontais ou verticais. Da
mesma forma, este tipo de instalação é de fácil
manutenção e reparo e proporciona operação
ininterrupta da bomba no caso de inundação da
poço seco, consulte a figura 1.2.14.
Normalmente, as bombas de efluentes têm
que ser capazes de manejar partículas grandes.
Portanto, elas são equipadas com rotores
especiais para evitar bloqueio e entupimento.
Existem vários tipos de rotores: rotores de canal
simples, rotores de canal duplo, rotores de três e
quatro canais e rotores de vórtice. A Figura 1.2.15
mostra os diferentes desenhos de rotores.
As bombas de efluentes geralmente são
produzidas com um motor seco, com proteção
IP68 (para mais informações sobre classes de
IP, vá para a seção 1.4.1). O motor e a bomba
possuem um eixo estendido comum com um
sistema de retentor mecânico duplo do eixo em
uma câmara de óleo intermediária, consulte a
figura 1.2.13.
As bombas de efluentes podem operar
intermitenteou continuamente de acordo com a
instalação em questão.
21

23. 1.2.6 Bombas imersíveis
A bomba imersível é um tipo de bomba onde uma
parte dela fica submersa no líquido bombeado e o
motor é mantido seco. Normalmente, as bombas
imersíveis são montadas no topo ou na parede de
tanques ou reservatórios. As bombas imersíveis
são usadas, por exemplo, na indústria de máquinas,
ferramenta de solda, esmerilhadoras, centros de
usinagem e unidades de resfriamento ou em outras
aplicações envolvendo tanques e reservatórios,
lavanderias industriais e sistemas de filtragem.
As bombas para tornos podem ser divididas em
dois grupos: Bombas para o lado limpo do filtro
e bombas para o lado sujo do filtro. As bombas
com rotores fechados normalmente são usadas
para o lado limpo do filtro por que fornecem alta
eficiência e alta pressão se necessário. Bombas com
rotores abertos ou semi-abertos normalmente são
usadas para o lado sujo do filtro por que podem
lidar com cavacos e partículas.
Fig. 1.2.16: Bomba imersível
Seção 1.2
Tipos de bomba
22

24. Fig. 1.2.17: Bomba submersível
1.2.7 Bombas submersas
Há dois tipos de bombas submersas: A
bomba submersa para sondagem com motor
submersível e a bomba de poços profundos com
motor seco, que é conectado à bomba por eixo
longo. Estas bombas normalmente são usadas
junto com o fornecimento e irrigação de água.
Os dois tipos de bombas são feitos para serem
instalados em poços submersos estreitos, assim
sendo, possuem um diâmetro reduzido, que
as tornam mais longas do que outros tipos de
bombas,consulte a figura 1.2.17.
As bombas submersas são especialmente
projetadas para serem submersas em líquido
e desse modo são equipadas com motor
submersível, com proteção de IP68. A bomba
é produzida nas versões monoestágio e
multiestágio (a versão multiestágio sendo a
mais comum) e é equipada com uma válvula de
retenção no cabeçote.
Atualmente, a bomba de poço profundo tem
sido mais ou menos substituída pelo tipo de
bomba submersível. O eixo longo da bomba
de poço profundo é uma desvantagem, que
dificulta a instalação e execução do serviço.
Como o motor da bomba de poço profundo
é refrigerado a ar, a bomba frequentemente
é utilizada em aplicações industriais para
bombear água quente de tanques abertos.
A bomba submersível não opera em altas
temperaturas por que o motor fica submerso
no líquido que tem que resfriá-lo.
23

25. 1.2.8 Bombas de deslocamento positivo
A bomba de deslocamento positivo fornece um
fluxo constante aproximado a uma velocidade
fixa, apesar das mudanças na contrapressão.
Existem dois tipos de bombas de deslocamento
positivo:
• Bombas rotativas
• Bombas reciprocantes
A diferença no desempenho entre uma bomba
centrífuga, uma bomba rotativa e uma bomba
reciprocante está ilustrada à direita, figura 1.2.18.
Dependendo do tipo de bomba que você estiver
lidando, uma pequena alteração na contrapressão
da bomba resulta em diferenças no fluxo.
O fluxo de uma bomba centrífuga mudará
consideravelmente, o fluxo de uma bomba
rotativa mudará um pouco enquanto que o fluxo
de uma bomba reciprocante não mudará nada.
Mas por que existe uma diferença entre as curvas
de bombas para bombas reciprocantes e bombas
rotativas? A superfície da face de vedação real é
maior para bombas rotativas do que para bombas
reciprocantes. Então, apesar de as duas bombas
serem projetadas com as mesmas tolerâncias, a
perda da bomba rotativa é maior.
Fig. 1.2.18: Relação típica
entre fluxo e altura
manométrica para 3 tipos
diferentes de bombas:
1) Bombas centrífugas
2) Bombas rotativas
3) Bombas reciprocantes
Q
H
H
1
3 2
3
2 1
As bombas são tipicamente projetadas com
as melhores tolerâncias possíveis para obter
a eficiência e capacidade de sucção mais
alta possível. Entretanto, em alguns casos, é
necessário aumentar as tolerâncias, por
exemplo, quando as bombas têm que lidar com
líquidos altamente viscosos, líquidos contendo
partículas e líquidos de alta temperatura.
As bombas de deslocamento vibram, o que
significa que o volume do fluxo dentro de um
ciclo não é constante.
A variação no fluxo e a velocidade levam à
flutuação de pressão devido à resistência no
sistema de tubulação e nas válvulas.
Seção 1.2
Tipos de bomba
24

26. Bombas dosadoras
As bombas dosadoras pertencem à família de bombas
de deslocamento positivo e tipicamente é do tipo de
diafragma. As bombas de diafragma não apresentam
vazamento por que o diafragma forma uma vedação
entre o líquido e os arredores.
A bomba de diafragma está equipada com duas
válvulas de retenção – uma no lado de sucção e
uma no lado de descarga da bomba. Em relação
às bombas de diafragma menores, o diafragma é
ativado pela biela, que é conectada a um eletroímã.
Com isso, a bobina recebe a quantidade exata de
cursos necessários, consulte a figura 1.2.21.
Em relação às bombas de diafragma maiores, o
diafragma é tipicamente montado na biela, que é
ativado por um eixo de comando. O eixo de comando
é girado por meio de um motor assíncrono padrão,
consulte a figura 1.2.22.
O fluxo de uma bomba de diafragma é ajustado
alterando a extensão do curso e/ou a frequência
dos cursos. Se for necessário aumentar a área de
operação, os conversores de frequência podem
ser conectados às bombas de diafragma maiores,
consulte a figura 1.2.22.
Há outro tipo de bomba de diafragma. Neste
caso, o diafragma é ativado por uma biela
excentricamente acionada por um motor
escalonador ou motor assíncrono, figuras 1.2.20
e 1.2.23. Ao usar o acinamento de um motor
escalonador, a área dinâmica da bomba aumenta
e melhora sua precisão consideravelmente. Com
esta construção, não é mais necessário ajustar
a extensão do curso da bomba por que a biela é
montada diretamente no diafragma. O resultado
é que as condições de sucção são otimizadas e os
recursos de operação são excelentes.
Portanto, é simples controlar os lados de sucção
e de descarga da bomba. Comparado às bombas
de diafragma com acionamento eletromagnético
tradicional que fornecem pulsações potentes,
bombas de diafragma acionadas por motor
escalonador possibilitam obter uma dosagem de
aditivo mais estável.
Fig. 1.2.20: Bomba dosadora
Fig.1.2.21: Mola de retorno da solenoide
+
1.2.22: Mola de retorno
de acionamento do came
1.2.23: Acionamento da manivela
+
25

27. Capítulo 1. Desenho de bombas e motores
Seção 1.3: Retentores do eixo mecânico
1.3.1 Componentes e função do retentor do eixo mecânico
1.3.2 Vedações de eixo balanceado e não balanceado
1.3.3 Tipos de retentores de eixos mecânicos
1.3.4 Combinações de materiais da face do retentor
1.3.5 Fatores que afetam o desempenho do retentor

28. Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos
A partir da metade da década de 1950 os reten-tores
de eixos mecânicos ganharam terreno em
favor do método de vedação tradicional l- Caixa
de empanque. Comparados às caixas de empan-que,
os retentores dos eixos mecânicos oferecem
as seguintes vantagens:
• Elas se mantêm firmes nos menores
deslocamentos e vibrações no eixo
• Eles não requerem ajuste
• As faces do retentor proporcionam uma pequena
quantidade de atrito e assim perda de potência
• O eixo não desliza sobre nenhum componente
da vedação e deste modo não é danificado por
causa de desgaste (custos de reparo reduzidos).
O retentor de eixo mecânico é a peça da bomba
que separa o líquido da atmosfera. Na figura
1.3.1 pode-se observar alguns exemplos onde
o retentor do eixo mecânico é montado em
diferentes tipos de bombas.
A maioria dos retentores de eixos mecânicos é
produzida de acordo com a norma europeia EN
12756.
Antes de escolher um retentor de eixo, há certas
coisas que você deve saber sobre o líquido e
assim a resistência do retentor ao líquido:
• Determinar o tipo de líquido
• Determinar a pressão a que o retentor de eixo
será exposto
• Determinar a velocidade a que o retentor de eixo
será exposto
• Determinar as dimensões internas
Apresentaremos nas páginas seguintes como um
retentor de eixo mecânico funciona, os diferentes
tipos de retentor, de que tipo de material os
retentores de eixo mecânico são feitos e que fatores
afetam o desempenho dos retentores de eixos
mecânicos.
28
Fig. 1.3.1: Bombas com
retentores de eixos mecânicos

29. 1.3.1 Componentes e função do
retentor de eixo mecânico
O retentor de eixo mecânico é formado por dois
componentes principais: uma parte giratória
e uma parte estacionária; e consiste das peças
listadas na figura 1.3.2. A Figura 1.3.3 mostra onde
as diferentes peças estão localizadas no retentor.
• A parte estacionária do retentor é fixada na
carcaça da bomba. A parte giratória do retentor
é fixada no eixo da bomba e gira quando a
bomba está em operação.
• As duas faces do retentor primário são
empurradas uma contra a outra pela mola e
pressão do líquido. Durante operação um filme
líquido é produzido na lacuna estreita entre as
duas faces do retentor. Este filme evapora antes
de entrar na atmosfera, tornando o líquido do
retentor do eixo mecânico firme, consulte a
figura 1.3.4.
• O retentor secundário impede que haja
vazamento entre a montagem e o eixo.
• A mola une as faces do retentor mecanicamente.
• A mola retentora transmite torque do eixo para
o retentor. Em relação aos retentores de eixo
dos foles mecânicos, o torque é transferido
diretamente pelos foles.
Lacuna de vedação
Durante a operação, o líquido forma um
filme lubrificante entre as faces da vedação.
Este filme lubrificante consiste de um filme
hidrostático e um filme hidrodinâmico.
• O elemento hidrostático é gerado pelo líquido
bombeado que é forçado para dentro da lacuna
entre as duas fases.
• O filme lubrificante hidrodinâmico é criado
pela pressão gerada pela rotação do eixo.
Face do retentor (retentor primário)
Retentor secundário
Mola
Mola retentora (transmissão de torque)
Base (faces do retentor, retentor primário)
Retenro estático (retentor secundário)
Fig. 1.3.2: Componentes do retentor de eixo mecânico
Parte estacionária
Retenetor do eixo mecânico Designação
Parte giratória
Parte estacionária
Retentor secundário
Retentor primário
Peça giratória
Eixo
Retentor secundário
Retentor primário
Mola
Mola retentora
Fig. 1.3.3: Principais componentes do retentor do eixo
mecânico
Força líquida
Força da mola Vapor
Filme de lubrificação
Evaporação inicia
Fig. 1.3.4: Retentor do erixo mecânico em operação
29

30. Seção 1.3
Retentores do eixo mecânico
Fig. 1.3.5: Relação ideal entre as propriedades de
lubrificação fina e vazamento limitado
Forças da mola
Forças hidráulicas
Fig. 1.3.6: Interação de
forças sobre a vedação
de eixo balanceada
Área de Contato das
faces da vedação
Forças hidráulicas
Fig. 1.3.7: Interação de
forças sobre a vedação
de eixo não balanceada
A
Área de Contato das
faces da vedação
B
A B
A espessura do filme lubrificante depende
da velocidade da bomba, da temperatura
do líquido, da viscosidade do líquido e das
forças axiais da vedação de selo mecânico.
O líquido é constantemente trocado na lacuna de
vedação por causa
• da evaporação do líquido para a atmosfera
• movimento circular do líquido
A figura 1.3.5 mostra relação ideal entre as
propriedades de lubrificação fina e vazamento
limitado. Como se pode observar, a relação ideal é
quando o filme de lubrificação cobre toda a lacuna
de vedação, exceto por uma zona de evaporação
estreita próximo ao lado atmosférico da vedação de
selo mecânico.
Vazamentos devido a depósitos nas faces da vedação
são observados com frequência. Ao usar refrigerantes,
os depósitos são criados rapidamente pela evaporação
no lado de atmosfera da vedação. Quando o líquido
evapora na zona de evaporação, sólidos microscópicos
no líquido permanecem na lacuna de vedação como
depósitos criados por desgaste.
Estes depósitos são observados em muitos tipos de
líquidos. Mas quando o líquido bombeado tem a
tendência para cristalização, isso pode se tornar um
problema. A melhor maneira de prevenir o desgaste é
selecionar faces de vedação feitas de material rígido,
como carboneto de tungstênio (WC) ou carboneto
de silício (SiC).
A estreita lacuna de vedação entre estes materiais
(aprox. 0.3 μm Ra) minimize o risco de sólidos
entrarem na lacuna de vedação, minimizando com
isso a quantidade de acúmulo de depósitos.
1.3.2 Vedações de eixos balanceadas
e não balanceadas
Para obter uma pressão de face aceitável
entre as faces de vedação primárias, há dois
tipos de vedação de eixo: balanceada e não
balanceada.
Vedação de eixo balanceada
A figura 1.3.6 mostra uma vedação de
eixo balanceada indicando onde as forças
interagem sobre a vedação.
Vedação de eixo não balanceada
A figura 1.3.7 mostra uma vedação de eixo
não balanceada indicando onde as forças
interagem sobre a vedação.
Várias forças diferentes causam um impacto
axial sobre as faces da vedação. A força da
mola e a força hidráulica do líquido bombeado
pressionam a vedação enquanto que a força
do filme lubrificante na lacuna de vedação
neutraliza isso. Em relação à alta pressão do
líquido, as forças podem ser tão potentes
que o lubrificante na vedação não consegue
neutralizar o contato entre as faces da vedação.
Como a força hidráulica é proporcional à área
que a pressão do líquido afeta, o impacto axial
pode ser reduzido somente conseguindo uma
redução da área com pressão.
30

31. 0 20 40 60 80 100 120 140
Taxas de desgaste comparativas válidas para água
0 20 40 60 80 100 120 140
Temperatura (oC)
Fig. 1.3.8: Taxa de desgaste para razões diferentes
de balanceamento
K = 1.15
K = 1.00
K = 0.85
Temperatura (oC)
Taxas de desgaste comparativas válidas para água
K = 1.15
K = 1.00
K = 0.85
Fig. 1.3.9: Anel de
vedação
Vantagens e desvantagens
do anel de vedação
Vantagens:
Apropriado para líquidos
quentes e aplicações de
alta pressão
Desvantagens:
Depósitos no eixo, como
ferrugem, podem impedir
o movimento axial do anel
de vedação
Fig. 1.3.10: Vedação de
fole de borracha
Vantagens e desvantagens
da vedação de fole de
borracha
Vantagens:
Insensível a depósitos,
como ferrugem, no eixo
Apropriada para bombear
líquidos contendo sólidos
Desvantagens:
Imprópria para líquidos
quentes e aplicações de
alta pressão
Vedação de fole de borracha com
geometria de foles dobráveis
A razão de balanceamento (K) de uma vedação de selo
mecânico é definida como a relação entre a área A e a
área (B) : K=A/B
K = Razão de balanceamento
A = Área exposta à pressão hidráulica
B = Área de contato das faces da vedação
Para vedações de eixo balanceadas, a razão de
balanceamento geralmente é K=0.8 e para vedações
de eixo não balanceadas a razão de balanceamento
normalmente é K=1.2.
1.3.3 Tipos de vedações de selo mecânicos
Apresentamos abaixo uma descrição breve dos
principais tipos de vedações de eixos: anel de vedação,
fole de vedação e a vedação de uma unidade – o
cartucho de vedação.
Anéis de vedação
Em um anel de vedação, a vedação entre o eixo
giratório e a face de vedação giratória é feita através
de um anel de vedação (figura 1.3.9). O anel de
vedação deve ser capaz de deslizar livremente na
direção axial para absorver deslocamentos axiais como
resultado das mudanças de temperatura e desgaste.
O posicionamento Incorreto do assentamento
estacionário pode resultar em atrito, resultando em
desgaste necessário no anel de vedação e no eixo.
Os anéis de vedação são feitos de diferentes tipos de
borracha como NBR, EPDM e FKM, dependendo das
condições operacionais.
Vedação de fole
Uma característica comum das vedações de foles é
um fole de metal ou borracha que funciona como
um elemento de vedação dinâmico entre o anel
giratório e o eixo.
Vedações de foles de borracha
Os foles de vedação de borracha (consulte a figura
1.3.10) podem ser feitos com diferentes tipos de
borracha, como NBR, EPDM e FKM, dependendo das
condições operacionais. Dois princípios geométricos
diferentes são usados para o desenho dos foles de
borracha:
• Foles de rolo
• Foles dobráveis.
31

32. 32
Vedações de fole de metal
Em uma vedação de selo mecânico comum, a
mola produz a força de fechamento necessária
para fechar as faces da vedação. Em uma
vedação de fole de metal (figura 1.3.11) a mola
foi substituída por fole de metal com uma força
semelhante. O fole de metal atua tanto como
uma vedação dinâmica entre o anel giratório
e o eixo e como uma mola. O fole possui uma
quantidade de ondulações que proporciona a
eles o força desejada.
Vedações de cartucho
Em uma vedação de selo mecânico, todas as peças
formam uma unidade compacta sobre a luva
do eixo, pronta para ser instalada. A vedação de
cartucho oferece muitos benefícios comparados
às vedações de eixos mecânicas convencionais,
figura 1.3.12.
Descarga
Em certas aplicações, é possível estender
o desempenho da vedação de selo mecânico
instalando uma descarga, consulte afigura
1.3.13. A descarga pode abaixar a temperatura da
vedação de selo mecânico e impedir a formação
de depósitos. A descarga pode ser instalada
internamente ou externamente. A descarga
interna é feita quando um fluxo pequeno do
lado de descarga da bomba é desviado para a
área da vedação. A descarga interna é usada
principalmente para prevenir a geração extra de
calor em aplicações de aquecimento. A descarga
externa é feita por um líquido de limpeza e é
usado para assegurar uma operação livre de
problemas ao lidar com líquidos abrasivos ou
sólidos que causam entupimento.
Fig. 1.3.11: : Vedação de
fole com cartucho de metal
Vantagens e
desvantagens da
vedação de fole de
cartucho de metal
Vantagens:
Insensíveis a depósitos,
como ferrugem e cal
no eixo
Apropriada para líquidos
quentes e aplicações de
alta pressão
Baixa razão de
balanceamento leva a
baixa taxa de desgaste e
consequentemente vida
mais longa
Desvantagens:
Falha por fadiga da
vedação de selo mecânico
pode ocorrer quando
a bomba não está
corretamente alinhada
Pode ocorrer fadiga como
resultado de pressões ou
temperaturas excessivas
Vantagens da vedação
de cartucho:
• Manutenção fácil
e rápida
• O desenho protege as
faces da vedação
• Mola pré-carregada
• Manipulação segura
Fig. 1.3.12: Vedação de cartucho
Fig 1.3.13: Dispositivo de
descarga de uma vedação
de selo mecânico simples
Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos

33. 33
Retentores de eixos mecânicos duplos
Os retentores de eixos mecânicos duplos são usadas
quando a expectativa de vida de retentores de eixos
mecânicos simples é insuficiente devido ao desgaste
causado por sólidos ou pressões e temperaturas muito
altas / baixas. Além disso, as vedações de selo mecânicos
são usadas com líquidos tóxicos, agressivos e explosivos
para proteger os arredores. Há dois tipos de retentores
de eixos mecânicos duplos: A vedação de selo mecânico
em tandem e a vedação dupla em um arranjo sequencial.
Vedação dupla em tandem
Este tipo de vedação dupla consiste de retentores
de eixos mecânicos montadas em tandem, que é
uma atrás da outra, colocadas em uma câmara de
vedação separada, consulte a figura 1.3.14.
O arranjo de vedação em tandem deve ser equipado
com um sistema de liquido de resfriamento para
• absorver vazamento
• monitorar a taxa de vazamento
• lubrificar e resfriar a vedação para prevenir
congelamento
• proteger contra funcionamento a seco
• estabilizar o filme lubrificante
• impedir a entrada de ar na bomba no caso de vácuo
A pressão do líquido de resfriamento deve sempre
ser mais baixa que a pressão do líquido.
Tandem - circulação
Circulação do líquido de resfriamento via tanque
sem pressão, consulte a figura 1.3.14. O líquido de
resfriamento do tanque elevado é circulado pela
ação do termossifão e/ou ação de bombeamento na
vedação.
Tandem - terminal
Líquido de resfriamento de um tanque elevado,
consulte a figura 1.3.15. Não dissipação de calor do
sistema.
Tandem - drenagem
O líquido de resfriamento flui diretamente pela câmara
de vedação para ser coletado para reuso, ou direcionado
para drenagem, consulte a figura 1.3.16.
•
•
Fig. 1.3.14: Arranjo de vedação em tandem com
circulação de liquido de resfriamento
•
•
Fig. 1.3.15: Arranjo de vedação em tandem com
terminal de líquido de resfriamento
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Fig. 1.3.16: Arranjo com vedação em tandem com
líquido de resfriamento para drenagem

34. 1.3.4 Combinações de materiais da face
da vedação
Apresentamos abaixo a descrição das combinações
de materiais mais importantes usadas em
retentores de eixos mecânicos para aplicações
industriais: Carboneto de tungstênio/carboneto
de tungstênio, carboneto de silício/carboneto de
silício e carboneto de carbono/ tungstênio ou
carboneto de carbono/silício.
Carboneto de tungstênio/carboneto de
tungstênio (WC/WC)
Carboneto de tungstênio cementado cobre o tipo
de metais duros que são baseados em uma fase do
carboneto de tungstênio duro (WC) e geralmente
uma fase de aglutinante metálico mais macio. O
termo correto é carboneto de tungstênio cementado,
entretanto, o termo abreviado para carboneto de
tungstênio (WC) é usado para conveniência.
WC com liga de cobalto (Co) é somente resistente à
corrosão na água se a bomba incorporar base metal
como ferro fundido.
WC com liga de crômio-níquel-molibdênio é tem
resistência à corrosão igual à EN 14401.
WC sem ligas sinterizadas tem a resistência à
corrosão mais elevada. Entretanto, a resistência à
corrosão em líquidos, como hipoclorito não é tão
alta. O par de materiais WC/WC possui as seguintes
características:
• Extremamente resistente a desgaste
• Muito robusto, resiste à manipulação bruta
• Propriedades de funcionamento a seco
deficientes. No caso de funcionamento a seco, a
temperatura aumenta para várias centenas
de graus Celsius em poucos minutos e
consequentemente danifica os anéis de vedação.
Se determinada temperatura e pressão forem
excedidas, a vedação pode gerar ruído. Ruído é uma
indicação de condições operacionais deficientes
que a longo prazo podem causar desgaste na
vedação. Os limites de uso dependem do diâmetro
e desenho da face da vedação.
Para uma combinação da face da vedação WC/WC,
o período de tempo esperado para aparecimento
de ruído pode durar de 3-4 semanas, embora
tipicamente, não há ocorrência de ruído nos
primeiros 3-4 dias.
Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos
Barreira de
pressão do líquido
•
Câmara de vedação
com barreira de
pressão do líquido
Líquido bombeado
Fig. 1.3.17: Arranjo de vedação sequencial
Vedação dupla sequencial
Este tipo de vedação é a solução ideal para
manipular líquidos abrasivos, agressivos, explosivos
que causariam desgaste, dano ou bloqueio em uma
vedação de selo mecânico.
A vedação dupla sequencial consiste de duas
vedações de eixos montadas em sequência em
uma câmara de vedação separada, consulte a
figura 1.3.17. Este tipo de vedação protege o
ambiente ao redor e as pessoas que trabalham
com a bomba.
A pressão na câmara de vedação dever 1-2 bares
mais alta que a pressão da bomba. A pressão pode
ser gerada por:
• Uma fonte de pressão separada existente.
Muitas aplicações incorporam sistemas
pressurizados.
• Uma bomba separada, por exemplo, bomba
dosadora.
34

35. Carboneto de silício/carboneto de silício
(SiC/SiC)
Carboneto de silício/carboneto de silício (SiC/SiC)
é uma alternativa para o WC/WC e é usada onde
a resistência à corrosão mais elevada é necessária.
A combinação de materiais SiC/SiC possui as
seguintes características:
• Material muito frágil que exige manipulação
cuidadosa
• Extremamente resistente à água
• Resistência à corrosão extremamente boa.
SiC (Q 1s, Q 1P e Q 1G ) corrosão difícil,
independente
do tipo de líquido bombeado. Entretanto, a
exceção é água com condutividade deficiente,
como água desmineralizada, que ataca as
variantes SiC Q 1s e Q 1P, enquanto que Q 1G é
resistente à corrosão neste líquido
• No geral, estas combinações de materiais
possuem propriedades deficientes para
funcionamento a seco. Entretanto, o material
Q 1G / Q 1G material suporta um período de
funcionamento a seco limitado por causa do
conteúdo de grafite no material
Para finalidades diferentes, há diversas variantes de
SiC/SiC:
Q 1s, SiC de granulação fina e sinterização direta
SiC de granulação fina de sinterização direta com
uma pequena de poros minúsculos.
Por alguns anos, esta variante de SiC foi usada como
material padrão para vedação selo mecânico. Os limites
de pressão e temperatura são ligeiramente menores que
aqueles do WC/WC.
Q 1P, SiC de granulação fina, sinterizado, poroso
É uma variante do SiC de sinterização densa. Esta
variante de SiC possui poros fechados circulares
grandes. O grau de porosidade é de 5-15% e o
tamanho dos poros é 10-50 μm Ra.
Os limites de pressão e temperatura excedem aqueles do
WC/WC.
Consequentemente, em água quente Q 1P / Q 1P
combinação gera menos ruído que a combinação
WC/WC. Entretanto, o ruído de vedações de SiC
poroso é esperado durante o período de desgaste de
amaciamento de 3 a 4 dias.
Q 1G SiC auto-lubrificante, sinterizado
Variantes materiais SiC contendo lubrificantes secos
estão disponíveis no mercado. A designação QG
1
aplica-se ao material SiC, que é apropriado para uso
em água destilada ou desmineralizada, como oposto
aos materiais acima.
Os limites de pressão e temperatura de Q 1G / Q 1G
são similares a do Q 1P / Q 1P.
Os lubrificantes secos, por exemplo grafite, reduzem
o atrito no caso de funcionamento seco, que é de
importância decisiva para a durabilidade de uma
vedação durante o funcionamento a seco.
Características do carboneto de carbono/
tungstênio ou carbono/silício
Vedações com uma face de carbono possuem as
seguintes características:
• Material muito frágil que exige manipulação
cuidadosa
• Desgaste por líquidos contendo partículas sólidas
• Boa resistência à corrosão
• Boas propriedades de funcionamento a seco
(funcionamento a seco temporário)
• As propriedades auto-lubrificantes do carbono tornam
a vedação apropriada para uso mesmo em condições de
lubrificação insatisfatórias (alta temperatura) sem geração
de ruído. Entretanto, estas condições causarão desgaste na
face de carbono da vedação levando à redução da vida útil.
O desgaste depende da pressão, temperatura, diâmetro
líquido e desenho da vedação. Velocidades básicas
reduzem a lubrificação entre as faces da vedação; como
resultado, pode se esperar aumento de desgaste. Entretanto,
normalmente este não é o caso porque a distância
que as faces da vedação têm para se mover é reduzida.
35

36. • Carbono impregnado de metal (A) oferece
resistência à corrosão limitada, mas resistência
mecânica melhorada, condutividade de calor e
desse modo, redução do desgaste
• Com resistência mecânica reduzida, mas maior
resistência à corrosão, carbono impregnado
de resina sintética (B) cobre um campo amplo
de aplicações. O carbono impregnado de resina
sintética é aprovado para água potável
• O uso de carbono/SiC para aplicações com água
quente pode causar bastante desgaste no SiC,
dependendo da qualidade do carbono e da água.
Este tipo de desgaste se aplica ao Q1S/carbono.
O uso de Q1P, Q 1G ou carbono/ WC causa
muito menos desgaste. Assim, carbono/ WC,
carbono/Q1P ou carbono/Q1G para sistemas de
água quente
1.3.5 Fatores que afetam o desempenho
da vedação
Como mencionado anteriormente, nenhuma
vedação é totalmente pressionada. Nas próximas
páginas, apresentaremos os fatores que têm
impacto sobre o desempenho da vedação:
Consumo de energia, ruído e vazamento. Estes
fatores serão apresentados individualmente.
Entretanto, é importante destacar que eles estão
intimamente relacionados e assim sendo, devem
ser considerados como um todo.
Consumo de energia
Não é novidade que a vedação precisa de energia
para girar. Os seguintes fatores contribuem para o
consume de energia, que é a perda de energia de
uma vedação de selo mecânico:
36
• Ação centrífuga de bombeamento das peças
giratórias. O consume de energia aumenta
dramaticamente com a velocidade da rotação
(para a terceira energia).
• Atrito da face da vedação. O atrito entre as duas
faces da vedação consiste de
– atrito no filme de do líquido fino
– atrito devido aos pontos de contato entre as
faces da vedação.
O nível de consumo de energia depende do desenho
da vedação, condições de lubrificação e materiais
da face da vedação.
Perda de energia (W)
Perda de energia (W)
3600
Velocidade (rpm)
3600
2000 4000 6000 8000 10000 12000
Velocidade (rpm)
0
250
200
150
100
50
0
Ação de
bombeamento
Atrito
Fig. 1.3.18: Consumo de energia de uma
vedação de selo mecânico de 12 mm
A figura 1.3.18 é um exemplo típico de consumo de
energia de uma vedação de selo mecânico. A figura
mostra que o atrito de até 3600 rpm é o motivo
principal do consumo de energia da vedação de selo
mecânico.
O consumo de energia é, principalmente em relação
às caixas de espanque, um problema importante.
Como se observar no exemplo, substituir uma caixa
de empanque por uma vedação de selo mecânico
leva a uma economia de energia considerável,
consulte a figura 1.3.19.
0
250
200
150
100
50
0
2000 4000 6000 8000 10000 12000
Ação de
bombeamento
Atrito
Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos

37. 37
Bomba padrão 50 mLC; eixo 50 mm e 29OO rpm
Consumo de energia
Caixa de empanque 2.0 kWh
Ved. selo mecânico 0.3 kWh
Vazamento
Caixa empanque 3.0 l/h (quando montada corretamente)
Ved. selo mecânico 0.8 ml/h
Fig. 1.3.19: Caixa de empanque versus vedação de
selo mecânico
Ruído
Bar
25
20
15
10
5
0
Ruído
Faixa de operação
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 °C
Fig. 1.3.20: Relação entre faixa de operação
e velocidade
Velocidade 3000 rpm
Velocidade 1800 rpm
Velocidade 1200 rpm
Velocidade 600 rpm
Bar
25
20
15
10
5
0
Faixa de operação
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 °C
Velocidade 3000 rpm
Velocidade 1800 rpm
Velocidade 1200 rpm
Velocidade 600 rpm
Ruído
A escolha dos materiais da face da vedação
é decisiva para o funcionamento e vida da
vedação de selo mecânico. A geração de ruído
é resultado das condições de lubrificação
deficientes em vedações que manipulam
líquidos de baixa viscosidade. A viscosidade da
água diminui com o aumento da temperatura.
Isto significa que as condições de lubrificação
diminuem conforme a temperatura aumenta.
Se o líquido bombeado atinge ou excede a
temperatura de ebulição, o líquido na parte
da face da vedação evapora, que resulta em
um diminuição adicional nas condições de
lubrificação. Uma redução na velocidade tem o
mesmo efeito, consulte a figura 1.3.20.
Vazamento
Inversamente, menos vazamento significa
piores condições de lubrificação e aumento
de atrito. Na prática, a quantidade de
vazamento de perda de energia que ocorre
nas vedações de selo mecânicos pode variar.
O motivo é que o vazamento depende de fatores
que são impossíveis de quantificar teoricamente
por causa do tipo das faces da vedação, tipo de
líquido, mola, carga,etc. Portanto, a figura 1.3.21
deve ser entendida como uma orientação.
Para a leitura correta da curva da taxa de
vazamento (figura 1.3.21), é necessário seguir
os quatro passos abaixo:
Passo 1: Ler a pressão – neste caso 5 bares
Passo 2: Vedação não balanceada de 30 mm
Passo 3: Velocidade 3000 rpm
Passo 4: Taxa de vazamento 0,06 ml/h
Fig. 1.3.21: Taxas de vazamento

38. Capítulo 1. Desenho de bombas e motores
Seção 1.4: Motores
1.4.1 Normas
1.4.2 Partida no motor
1.4.3 Tensão de alimentação
1.4.4 Conversor de frequência
1.4.5 Proteção do motor

39. Motores são usados em muitas aplicações ao redor
do mundo. A finalidade de um motor elétrico é
criar rotação, ou seja, converter energia elétrica em
energia mecânica. As bombas funcionam com energia
mecânica que é fornecida por motores elétricos.
1.4.1 Padrões
NEMA
A National Electrical Manufacturers Association
(NEMA) estabelece padrões para uma ampla gama
de produtos elétricos, incluindo motores. A NEMA
está principalmente associada a motores usados na
América do Norte. Os padrões representam as práticas
industriais gerais e são apoiados pelos fabricantes
de equipamentos elétricos. Os padrões podem ser
encontrados na Publicação de Padrões da NEMA No.
MG1. Alguns motores grandes podem não se encaixar
nas padrões da NEMA.
Diretrizes e métodos de proteção – motores Ex
Fig. 1.4.1: Motor elétrico
Fig. 1.4.2: Padrões NEMA e IEC
IEC
A International Electrotechnical Commission
(IEC) estabelece padrões para motores usados
em muitos países do mundo. O padrão IEC 60034
contém os práticas elétricas recomendadas que
foram desenvolvidos pelos países participantes
da IEC.
Seção 1.4
Motores
40

40. ATEX (ATmosphère EXplosible) refere-se a duas
diretrizes européias sobre risco de explosão
dentro de áreas diferentes. A diretriz ATEX envolve
equipamento elétrico, mecânico, hidráulico e
pneumático. Quanto ao equipamento mecânico, os
requisitos de segurança na diretriz ATEX asseguram
que os componentes de bombas, como vedações
de eixos e rolamentos não aquecem e inflamam
gás e poeira. A primeira diretriz ATEX (94/9/ EC)
trata de requisitos para equipamentos para uso
em áreas com risco de explosão. O fabricante deve
satisfazer os requisitos e classificar seus produtos
em categorias. A segunda diretriz ATEX (99/92/EC)
trata dos requisitos mínimos de segurança e saúde
que o usuário deve satisfazer, ao trabalhar em
áreas com risco de explosão. Diferentes técnicas
são usadas para prevenir que o equipamento
elétrico se torne uma fonte de ignição. No caso de
motores elétricos, os tipos de proteção d (à prova de
fogo), e (segurança aumentada) e nA (sem faíscas)
são aplicados em relação a gás e DIP (a prova de
ignição por poeira) é aplicado em relação à poeira..
Motores a prova de fogo
proteção tipo EExd (de)
Em primeiro lugar, motores a prova de fogo
EExd (tipo de) são equipamentos de categoria
2G para uso na zona 1. A carcaça do estator e
as flanges isolam as peças do motor a prova de
fogo que podem incendiar em uma atmosfera
potencialmente explosiva. Devido ao isolamento,
o motor é capaz de suportar a pressão que
acompanha a explosão de uma mistura explosiva
dentro do motor. A propagação da explosão para a
atmosfera ao redor do isolamento é assim evitada,
pois a explosão é resfriada através das passagens
de chamas. O tamanho das passagens é definido
na norma EN 50018. A temperatura da superfície
do isolamento a prova de fogo deve estar sempre
de acordo com as classes de temperatura.
Motores de segurança aumentada
proteção tipo EEx (e)
Motores de segurança aumentada (tipo e) são
equipamentos categoria 2G para uso na zona 1. Estes
motores não são a prova de fogo e não construídos
para suportar uma explosão interna. A construção
deste motor é baseada na segurança contra
Usuário Fabricante
Zonas:
Gás (G): 0, 1 e 2
Poeira (D): 20, 21 e 22
Risco
Constante
Risco
Potencial
Risco
Menor
Equipamento
Categoria 3
(3G/3D)
Equipamento
Categoria 2
(2G/2D)
Equipamento
Categoria 1
(1G/1D)
Zona:
0 ou 20
Zona:
1 ou 21
Zona:
1 ou 21
Zona:
2 ou 22
Zona:
2 ou 22
Fig 1.4.3: : A ligação entre as zonas e categorias de
equipamentos é um requisito mínimo Se as regras
nacionais forem mais rígidas, elas são aquelas que
devem ser seguidas.
Fig 1.4.4: A explosão
ocorre dentro do motor
e levado para fora do
motor pelas passagens de
chamas. A classificação
da temperatura para
motores à prova de fogo
é válida para superfícies
externas.
Fig 1.4.5: Para maior
segurança, não
pode ocorrer faíscas
nos motores EExe.
A classificação da
temperatura cobre as
superfícies internas e
externas.
Fig 1.4.6: Com motores
sem faísca ExnA,
provavelmente não
ocorre ignição.
41

41. possíveis temperaturas excessivas e ocorrência
de faíscas e arcos durante a operação normal e
quando um erro previsível ocorre. A classificação
de temperatura para segurança aumentada dos
motores é válida tanto para superfície interna
quanto externa, e portanto é importante observar
a temperatura de enrolamento do estator.
Motores antifaíscas – proteção tipo Ex(nA)
Motores antifaíscas (tipo nA) são equipamento
categoria 3G para uso em zona 2. Esses motores
não podem de maneira alguma inflamar uma
atmosfera potencialmente explosiva em operação
normal ver figura 1.4.6.
Prova de Poeira Inflamável (DIP)
Dois tipos de motores de Prova de Poeira
Inflamável existem: 2D/categoria 2 equipamentos
e 3D/categoria 3 equipamentos.
2D/categoria 2 equipamentos
De modo a evitar que a eletricidade estática cause
ignição, a ventoinha de arrefecimento numa
categoria de motor 2 DIP para uso em zona 21
(área com perigo potencial de explosão) é feito
de metal. Da mesma forma, para minimizar o
risco de ignição, o terminal de terra externo está
sujeito a exigências de construção mais severas.
A temperatura externa da superfície do recinto
é a que está indicada na placa do motor e
corresponde ao desempenho de funcionamento
durante as piores condições permitidas para
o motor. Motores para uso na zona 21 (área
com perigo potencial de explosão) tem que ser
protegido IP65, que é completamente protegido
contra poeira.
3D/categoria 3 equipamentos
Tipo de
proteção
Código
Padrões Uso em A TEX
T
CENELEC Principio Aplicação
categoria/
Zona
EN
IEC
60079
Requisitos
gerais
- 50014 - 0 - Requisitos elétricos básicos Todos equipamentos
Imersão Óleo o 50015 - 6 Categoria 2
Zona 1
Componentes elétricos imersos em óleo
excluindo atmosfera explosiva de ignição Transformadores
Pressurizado p 50016 - 2 Categoria 2
Zona 1
Equipamento do receptáculo é purgado
para remover atmosfera explosiva e
pressurizado para evitar o ingresso da
atmosfera circundante
Comutação e
gabinetes de controle,
motores graneds
Preenchido pó q 50017 - 5 Categoria 2
Zona 1
Partes elétricas são circundadas com pó
por ex. quartzo para evitar contato com
atmosfera explosiva
Aparelhos elétricos, ex.
capacitores, fusíveis.
À prova de fogo d 50018 - 1 Categoria 2
Zona 1
Equipamento elétrico do receptáculo o qual,
se há uma explosão interna não inamará
a atmosfera circundante
Maior
segurança
e 50019 - 7
Métodos adicionais são usados para
eliminar arcos, fagulhas, e superfície quente
capaz de inamar atmosfera inamável
Segurança
Intrínseca
ia
ib
50020
50020
- 11
- 11
Categoria 1
Zona 0
Categoria 2
Zona 1
Energia elétrica em no equipamento está
limitada de modo que os circuitos não
podem inamar uma atmosfera por faíscas
ou aquecimento
Equipamento de
medida e controle, por
ex. sensores,
instrumentação
Encapsulamento m 50028 - 18 Categoria 2
Zona 1
Componentes elétricos incorporados em
material aprovado para evitar contato com
atmosfera explosiva
Aparelhos de medida
e controle, válvulas
solenoides
Tipo de
proteçcão
nA 50021 - 15 Categoria 3
Zona 2 Sem formação de arco e sem faísca
Nota: Grupo II Atmosferas Pó são cobertas pela CENELEC EN 50281-1 E EN 50281-2
Motores CA, painéis de
controle, equipamentos
de iluminação
Categoria 2
Zona 1
Motores CA, terminais
e cx. de conexão, equip.
de iluminação, motores
tipo gaiola de esquilo
Motores CA, caixas
terminais, aparelhos
de iluminação
Fig 1.4.7: Padrões e métodos de proteção
42
Seção 1.4
Motores

42. A temperatura indicada na categoria 3
motor DIP para uso em zona 22 (áreas com
menos perigo de explosão) corresponde ao
desempenhos de funcionamento sob as piores
condições permitidas para aquele motor
especifico. Um motor para uso em zona 22 tem
que ser protegido IP 55, que é protegido contra
poeira. A proteção IP é a única diferença entre
equipamento categoria 2D e equipamento
categoria 3D.
Montagem
(Montagem Internacional – IM)
Existem três modos diferentes de montagem:
motor de montagem em pedestal, motor
com flange de fixação com flange de orifício
livre (FF) e motor com flange de fixação com
flange de orifício roscados (FT). A figura 1.4.8
mostra as diferentes formas de montagem
de um motor e as normas que se aplicam
para as fixações. A montagem de motores
é estabelecida de acordo com os seguintes
padrões:
• IEC 60034-7 Código I, ou seja. designação IM
seguida pelo código DIN 42590 anteriormente
usado
• IEC 60034-7, Código II
Classe de proteção
(Proteção contra a Entrada – IP)
A classe de proteção determina os graus
de proteção do motor contra a entrada de
objetos sólidos e água. A classe de proteção
é determinada por meio de duas letras IP
seguidas por dois dígitos, por exemplo IP55.
O primeiro dígito corresponde a proteção
contra contato e entrada de objetos sólidos e o
segundo digito a proteção contra a entrada de
água, ver figura 1.4.9.
Furos de drenagem permitem a fuga de água
que possa ter entrado no estator, por exemplo,
por condensação.
Quando o motor está instalado num ambiente
úmido, o furo da drenagem inferior deve ser
aberto. Abrir o furo de drenagem muda de
classe da caixa do motor de IP55 para IP44.
Motor de
montagem em
pedestal
IM B3
IM 1001
Motor com
flange de
fixação com
flange de
orifício livre
IM B5
IM 3001
IM V1
IM 3011
Motor com
flange de
fixação
com flange
de orifício
roscados
IM B14
IM 3601
IM V18
IM 3611
IM B35
IM 2001
Fig 1.4.8: Diferentes tipos de montagem
Fig 1.4.9: A classe de proteção é determinada por meio de
dois dígitos IP seguidos por duas letras; por exemplo IP55
43

43. Tamanho do chassi
Figura 1.4.11 dá uma visão geral da relação
entre o tamanho do chassi, extremidade do
eixo, potencia do motor e tipo de flange
e tamanho. Para motores de tamanho de
chassi 63 até e incluindo 315M. a relação está
especificada em EN 50347. Para motores com
tamanho de chassi 315L e maior, nenhum
padrão cobre esta relação. A figura mostra
onde no motor os diferentes valores que
formam o tamanho do chassi são medidos.
Flanges e extremidade do eixo estão de
acordo com EN 50347 e IEC 60072-1. Algumas
bombas têm um acoplamento, o que requer
uma extremidade de eixo do motor lisa ou
uma extensão do eixo especial que não está
definido nas normas.
Classe de Isolamento
A classe de isolamento é definida na norma
IEC 60085 e diz algo sobre o quanto robusto
o sistema de isolamento é para temperaturas.
A vida de um material isolante é altamente
dependente da temperatura à qual ele
é exposto. Os vários materiais e sistemas
isolantes estão classificados em classes de
isolamento dependendo de suas habilidades
a resistir a altas temperaturas.
100mm
IEC 100L (Neste caso L = 140 mm)
140 mm
Distância entre
orifícios
B3
Fig 1.4.10: Tamanho chassi
Classe
B
F
H
Temperatura
ambiente máxima
(°C)
40
40
40
Aumento máximo
de temperatura
(K)
80
105
125
Zona de
sobretemperatura
(K)
10
10
15
Temperatura
máx. de enrolamento
(Tmax) (°C)
130
155
180
Fig 1.4.12: Diferentes classes de isolamento e seus
aumentos de temperatura em voltagem nominal e carga
44
Seção 1.4
Motores

44. Fig 1.4.11: A relação entre o tamanho do chassi e entrada de energia
45

45. Partida direta
Como o nome sugere, a partida direta significa
que o arranque do motor é feito diretamente
conectado diretamente à fonte na tensão nominal.
A partida direta é adequada para fornecimentos
estáveis e mecanicamente rígido e sistema de
eixo bem dimensionados, por exemplo bombas.
Sempre que formos aplicar o método de partida
direta é importante consultar a autoridades locais.
Partida estrela-triângulo
O objetivo deste método de inicialização, que
é usado em motores de indução trifásicos, é
reduzir a corrente de inicialização. Numa posição,
o fornecimento de corrente para os enrolamentos
do estator é conectado em estrela (Y) para a
inicialização. Em outras posições, o fornecimento
de corrente é reconectado aos enrolamentos em
delta (Δ) uma vez que o motor ganhou velocidade.
Inicialização por autotransformador
Como o nome indica, a inicialização
por autotransformador utiliza um
autotransformador. O autotransformador é
colocado em série com o motor durante a partida
e varia a tensão para cima até tensão nominal
entre dois a quatro passos.
Partida suave
Uma partida suave é, como você esperaria, um
dispositivo que garante uma partida suave de
um motor. Isso é feito pelo aumento da tensão
até um tempo de aumento de tensão pré-determinado.
Partida por conversor de frequência
Conversores de frequência são designados para
alimentação continua de motores, mas eles
também podem ser usado para partida suave.
1.4.2 Inicialização do motor
Distinguimos entre modos diferentes de
inicialização do motor: partida direto, partida
estrela-triângulo, partida por autotransformador,
partida suave e partida conversor de frequência.
Cada um desses métodos tem seus prós e contras,
ver figura 1.4.13.
Fig 1.4.13: Método de inicialização
46
Seção 1.4
Motores

46. 1.4.3 Tensão de alimentação
A tensão nominal do motor encontra-se
dentro de certo intervalo de tensão. A figura
1.4.14 mostra exemplos típicos de tensão para
motores de 50 Hz e 60 Hz.
De acordo com a norma internacional IEC
60038, o motor tem que ser capaz de operar
com uma tolerância de tensão principal de ±
10%.
Para motores que são designados conforme
a norma IEC 60034-1 com uma ampla faixa
de tensão, por exemplo, 380-415V, a tensão
principal tem uma tolerância de ± 5%.
A temperatura máxima admissível para
a real classe de isolamento não é excedida
quando o motor é operado dentro da faixa de
tensão nominal. Para condições nos limites
extremos, a temperatura sobre tipicamente
aproximadamente 10 Kelvin..
1.4.4 Conversor de frequência
Conversores de frequência são
habitualmente usados para controlar a
velocidades das bombas, ver capitulo 4.
O conversor de frequência converte a tensão
de alimentação em uma nova tensão e
frequência, fazendo que o motor funcione
a uma velocidade diferente. Este modo de
regular a frequência pode resultar em alguns
problemas:
• Ruído acústico do motor, que é às vezes
transmitido para o sistema como ruído
perturbador
• Picos de alta tensão na saída do conversor de
frequência para o motor
Fig 1.4.14: Tensões Típicas
Fig 1.4.15: Tensões principais de acordo com IEC 60038
47

47. Isolamento para motores com conversor de
frequência
Em conexão com motores com conversores de
frequência, nós distinguimos entre diferentes tipos
de motores, com diferentes tipos de isolamento.
Motores sem isolamento de fase
Para motores construídos sem o uso de isolamento
de fase, tensões contínuas (RMS) acima de
460 V podem aumentar o risco de descargas
perturbadoras nos enrolamentos e, portanto, a
destruição do motor. Isso se aplica a todos os
motores construídos de acordo com esses princípios.
A operação contínua com picos de tensão acima de
650 V pode causar danos ao motor.
Motores com isolamento de fase
Em motores trifásicos, o isolamento de fase
normalmente é usado e consequentemente,
precauções específicas não são necessárias se o
fornecimento de tensão é menor do que 500V.
Motores com isolamento reforçado
Em conexão com tensões de alimentação entre
500 V e 690V, o motor tem que ter isolamento
reforçado ou ser protegido com filtros delta U/
delta t. Para alimentação de tensões de 690V
e maiores, o motor tem que ser equipado com
ambos os filtros de isolamento reforçado delta
U/delta t.
Motores com rolamentos isolados
De modo a evitar fluxos de corrente prejudiciais
através dos rolamentos, os rolamentos do motor
tem que ser eletricamente isolados. Isso se aplica
para motores de chassi de tamanho 280 e acima.
Isolamento de fase também
conhecido como papel de fase
Fig 1.4.16: Estator com isolamento de fase
48
Seção 1.4
Motores

48. Eficiência do motor
De modo geral, motores elétricos são bastante
eficientes. Alguns motores têm eficiências de
potencia eletricidade-para-eixo de 80-93%
dependendo do tamanho do motor e as vezes
até mais altas para motores maiores. Existem
dois tipos de perda de energia em motores
elétricos: perdas dependentes da carga e perdas
independentes da carga.
Perdas dependentes da carga variam com o
quadrado da corrente e cobrem:
• Perdas do enrolamento do estator
(perdas de cobre)
• Perdas do rotor (perdas por escorregamento)
• Perdas por dispersão
(em diferentes partes do motor)
Perdas independentes da carga no motor se
referem a:
• Perdas de ferro (perdas do núcleo)
• Perdas mecânicas (fricção)
Diferentes classificações de motor categorizam
motores de acordo com a eficiência. As mais
importantes são CEMEP na UE (EFF1, EFF2 e EFF3)
e EPAct nos EUA.
Motores podem falhar por causa da
sobrecarga por um longo período e, portanto
a maioria dos motores são intencionalmente
superdimensionados e apenas operam entre 75% a
80% de sua capacidade de carga total. Nesse nível
de carga, a eficiência do motor e fator de potência
permanecem relativamente altos. Mas quando a
carga do motor é menos do que 25%, a eficiência e
fator de potencia diminuem.
A eficiência do motor cai rapidamente abaixo de
certa porcentagem da carga nominal. Assim, é
importante dimensionar o motor de forma que
as perdas associadas com o funcionamento do
motor muito abaixo da sua capacidade nominal
sejam minimizadas. É comum escolher um motor
de bomba que satisfaça os requisitos de potencia
da bomba.
1.4.5 Proteção do motor
Os motores quase sempre são protegidos contra
temperaturas abrangentes as quais podem causar danos
ao sistema de isolamento. Dependendo da construção
do motor e da aplicação a proteção térmica também
pode ter outras funções, por exemplo, prevenir que
temperaturas danosas no conversor de frequência se ele
está montado no motor.
O tipo de proteção térmica vária com o tipo do motor.
A construção do motor juntamente com o consumo
de potencia deve ser levada em consideração quando
escolhendo a proteção térmica. De modo geral, os
motores tem que ser protegidos contra as seguintes
condições:
Erros que causam aumento lento de tem-peratura
nos enrolamentos:
• Sobrecarga lenta
• Longos períodos de inicialização
• Resfriamento reduzido/falta de resfriamento
• Temperatura ambiente aumentada
• Partidas e paradas frequentes
• Flutuação de frequência
• Flutuação de tensão
Erros causando aumento rápido de temper-atura
nos enrolamentos:
• Rotor bloqueado
• Falha de fase
Por cento da carga nominal
Porcento
50 5 00 5 50
00
0
0
40
0
0.
0.
0.4
0
Eciência
Fator de potencia
Cos j
75 5 5 75
Por cento da carga nominal
5
75
7 5
75
7
Eciência %
Fig 1.4.17: Eficiência
vs fator de
potência da carga
vs carga (desenho
esquemático)
Fig 1.4.18: A relação
entre eficiência e
carga nominal de
motores de tamanhos
diferentes (desenho
esquemático)
49

49. Proteção Térmica (TP)
De acordo com a norma IEC 60034-11, a proteção
térmica do motor tem que estar indicada na
placa com a designação TP. A figura 1.4.19 mostra
uma visão geral das designações TP.
Fig 1.4.19: Designações TP
Termistores PTC
Termistores PTC (Termistores de Coeficiente de
Temperatura Positiva) podem ser equipados
nos enrolamentos de um motor durante a
produção ou adaptados depois. Geralmente, 3
PTCs são montados em série; 1 em cada fase
de enrolamento. Eles podem ser comprados
com temperaturas de disparo variando de 90ºC
a 180ºC em 5 níveis de graus. PTCs têm que
estar conectados a um relé de termistor, que
detecta o aumento rápido na resistência do
termistor quando ele alcança sua temperatura
de disparo. Estes dispositivos são não-lineares.
Na temperatura ambiente, a resistência de com
conjunto de 3 será de aproximadamente 200-300
ohms, e isso aumentará rapidamente quando ter
termistor alcança sua temperatura de disparo. Se
a temperatura aumentar mais o termistor PTC
pode atingir vários milhares de ohms. Os relés do
termistor normalmente são configurados para
disparar a 3000 ohms ou são pré-configurados
para disparar de acordo com o que a norma DIN
44082 prescreve. A designação TP para PTCs para
motores menores do que 11kW é TP 211 se os
PTCs estão ajustados nos enrolamentos. Se os
PTCs são retroajustados, a designação TP é TP 111.
A designação TP para PTCs para motores maiores
que 11 kW normalmente é TP111.
Interruptores térmicos e termostatos
Interruptores térmicos são pequenas chaves
bimetálicas que comutam devido à temperatura.
Eles estão disponíveis com uma ampla gama de
temperaturas de disparo; normalmente dos tipos
aberto e fechado. O tipo mais comum é o fechado.
Um ou dois em série são geralmente montados
nos enrolamentos como termistores e podem ser
diretamente conectados ao circuito da bobina
contator principal. Desta forma, nenhum relé é
necessário. Este tipo de proteção é mais barato
do que termistores, mas, por outro lado, é menos
sensível e não é capaz de detectar uma falha de
rotor bloqueado.
Interruptores térmicos também são conhecidos
como interruptores Thermik, Klixon e PTO
(Proteção Térmica a Abertura). Interruptores
térmicos sempre levam uma designação TP111.
Motores monofásicos
Motores monofásicos normalmente vêm com
proteção térmica incorporada. A proteção
térmica normalmente tem um restabelecimento
automático. Isso sugere que o motor tem que ser
conectado à rede elétrica de um modo que garanta
que acidentes causados pelo restabelecimento
automático sejam evitados.
Motores trifásicos
Motores trifásicos tem que ser protegidos de
acordo com os regulamentos locais. Este tipo de
motor normalmente tem contatos incorporados
para reinicialização nos circuito de controle
externo.
50

50. 51
Aquecimento de Paralisação
Um elemento de aquecimento garante o
aquecimento de paralisação do motor. O elemento
de aquecimento é especialmente usado em
conexão com aplicações que trabalham com
umidade e condensação. Ao utilizar o aquecimento
de paralisação, o motor está mais quente do que o
ambiente e assim, a umidade relativa do ar dentro
do motor é sempre inferior a 100%.
Manutenção
O motor deve ser verificado em intervalos
regulares.
É importante manter o motor limpo de modo a
garantir a ventilação adequada. Se a bomba é
instalada em um ambiente empoeirado, ela deve
ser limpa e verificada regularmente.
Rolamentos
Normalmente, motores têm um rolamento
bloqueado na extremidade de acionamento e
um rolamento com folga axial na extremidade
sem acionamento. A folga axial é exigida, devido
às tolerâncias de produção, expansão térmica
durante operação, etc. Os rolamentos do motor
são mantidos no lugar por arruelas de pressão
onduladas na extremidade sem acionamento, ver
figura 1.4.21.
O rolamento fixo na extremidade de acionamento
pode ser tanto um rolamento radial de esferas ou
um rolamento de contato angular.
As folgas e tolerâncias de rolamentos são
apresentadas de acordo com ISO 15 e ISO
492. Como os fabricantes de rolamentos tem
que cumprir estas normas, os rolamentos são
internacionalmente permutáveis.
De modo a rodar livremente, um rolamento
de esferas deve ter certa folga interna entre a
canalização e as esferas. Sem essa folga interna,
as esferas podem ou ter dificuldade para rodar
ou ficarem presas e serem incapazes de rodar.
Por outro lado, demasiada folga interna resultará
em um rolamento instável que pode gerar ruído
excessivo ou permitir que o eixo oscile.
Dependendo de para qual tipo de bomba o motor
está adaptado, o rolamento radial de esferas
na extremidade de acionamento deve ter folga
C3 ou C4. Rolamentos com folga C4 são menos
sensíveis ao calor e tem capacidade de carga
axial aumentada.
O rolamento transportando as forças axiais da
bomba pode ter folga C3 se:
• a bomba tem alivio hidráulico completo ou parcial
• a bomba tem muitos períodos de operação breve
• a bomba tem longos períodos de inatividade
Rolamentos C4 são usados para bombas com
forças axiais altas flutuantes. Rolamentos de
contato angular são usados se a bomba exerce
fortes forças axiais unidirecionais.
Fig 1.4.21: Desenho de corte transversal do motor
1.4.20: Estator com elemento de aquecimento

51. 52
Seção 1.4
Motores
Motores com rolamentos
permanentemente lubrificados
Para rolamentos fechados permanentemente
lubrificados, utilize um dos seguintes tipos de
graxa resistentes a altas temperaturas:
• Graxa a base de lítio
• Graxa a base de poliureia
As especificações técnicas devem corresponder à
norma DIN – 51825 K2 ou melhor. A viscosidade
básica do óleo deve ser maior do que:
• 50 cSt (10-6m2/sec) a 40°C e
• 8 cSt (mm2/sec) a 100°C
Por exemplo, Kluberquiet BQH 72-102 com uma
razão de preenchimento de graxa de: 30 -40%.
Motores com sistema de lubrificação
Normalmente motores de chassi com tamanho
160 e maiores tem bocais lubrificantes para os
rolamentos tanto na extremidade de acionamento
quanto na extremidade sem acionamento.
Os bocais lubrificantes são visíveis e de fácil
acesso.
O motor é projetado de tal modo que:
• há um fluxo de graxa em torno do rolamento
• graxa nova entra no rolamento
• a graxa velha é removida do rolamento
Motores com sistemas de lubrificação são
fornecidos com uma instrução de lubrificação,
por exemplo como uma etiqueta na tampa da
ventoinha. Além disso, as instruções são dadas
nas instruções de instalação e operação.
O lubrificante com frequência é a base de
lítio, graxa de alta temperatura, por exemplo
EXXON UNIREX N3 ou Shell Alvania Graxa G3. A
viscosidade básica do óleo deve ser
• maior que 50 cSt (10-6m2/sec) a 40°C e
• 8 cSt (mm2/sec) a 100°C
Fig:1.4.22: Tipos típicos de rolamento em motores de bomba

52. Capitulo 1. Design de bombas e motores
Seção 1.5: Líquidos
1.5.1 Líquidos viscosos
1.5.2 Líquidos não newtonianos
1.5.3 O impacto de líquidos viscosos no
desempenho de uma bomba centrifuga
1.5.4 Selecionando a bomba certa para um
liquido com anticongelante
1.5.5 Exemplo de calculo
1.5.6 Seleção de bombas assistida por
computador para líquidos densos e viscosos

53. Seção 1.5
Líquidos
1.5.1 Líquidos viscosos
Não há dúvida sobre isso; a água é o liquido
mais comum que uma bomba trata. Entretanto,
em várias aplicações, as bombas tem que lidar
com outros tipos de líquidos, por exemplo,
óleo, propilenoglicol, gasolina. Comparado com
água esses tipos de líquidos tem densidade e
viscosidade diferentes.
A viscosidade é a medida da espessura do
líquido.
Quanto mais alta a viscosidade mais espesso
o liquido. Propilenoglicol e óleo de motor são
exemplos de líquidos espessos ou de alta
viscosidade. A gasolina e a água são exemplos
de líquidos finos de baixa viscosidade.
Existem dois tipos de viscosidade:
• A viscosidade dinâmica (µ), que é
normalmente medida em Pa-s ou Poise. (1 Poise
= 0,1 Pa⋅s)
• A viscosidade cinemática (ν) que é
normalmente medida em centiStokes ou m2/s
(1 cSt = 10-6 m2/s)
A relação entre a viscosidade dinâmica (µ) e
a viscosidade cinemática (ν) é mostrada na
formula à direita.
Nas páginas a seguir, nós focaremos apenas na
viscosidade cinemática (ν).
A viscosidade de um liquido muda
consideravelmente com a alteração da
temperatura; óleo quente é mais fino do que
óleo frio, Como podemos verificar na figura
1.5.1 um liquido 50% propilenoglicol aumenta
sua viscosidade 10 vezes quando a temperatura
muda de +20 para -20ºC.
Para maiores informações relativas à
viscosidade do liquido vá ao apêndice L.
54
ν =
μ
ρ
ρ = densidade do líquido
Fig. 1.5.1: Comparação de valores de viscosidade para
água e alguns outros líquidos. Valores de densidade e
temperaturas também são mostrados.

54. 1.5.2 Liquidos não newtonianos
Os líquidos discutidos até agora são conhecidos
como fluidos newtonianos. A viscosidade de
líquidos newtonianos não é afetada pela magnitude
e a movimento aos quais eles estão expostos. Óleo
mineral e água são exemplos típicos deste tipo de
líquido. Por outro lado, a viscosidade de líquidos
não newtonianos altera quando agitados.
Isso pede alguns exemplos:
• Líquidos dilatantes como creme – a viscosidade
aumenta quando agitado
• Fluidos plásticos como ketchup – tem um limite
de escoamento, o qual tem que ser excedido
antes que o fluxo inicie. Deste ponto em diante a
viscosidade diminui com um aumento na agitação
• Líquidos tixotropico como pintura não gotejante
– apresenta uma viscosidade decrescente com um
aumento na agitação
Os líquidos não newtonianos não estão cobertos
pela fórmula de viscosidade descrita anteriormente
nesta seção.
1.5.3 O impacto de líquidos viscosos no
desempenho de uma bomba centrifuga
Líquidos viscosos, que são líquidos com viscosidade
mais alta e/ou maior densidade do que a água,
afetam o desempenho das bombas centrifugas de
diferentes formas:
• Aumenta o consumo de energia, isto é, um
motor maior pode ser exigido para desempenhar a
mesma função
• A eficiência da carga, taxa de fluxo e da bomba são
reduzidas
Vamos dar uma olhada num exemplo. Uma bomba
é usada para bombear um líquido em um sistema
de arrefecimento com uma temperatura de liquido
abaixo de 0°C. Para evitar que o líquido congele
um agente anticongelante como propilenoglicol é
adicionado à água.
Quando glicol ou um agente anticongelante
similar é adicionado ao liquido bombeado,
o liquido obtém as propriedades diferentes
daquelas da água. O liquido terá:
• Ponto de congelamento mais baixo, tf [°C]
• Aquecimento especifico mais baixo, cp [kJ/
kg.K]
• Condutividade térmica mais baixa, λ
[W/m.K]
• Ponto de ebulição mais alto, tb [°C]
• Maior coeficiente de expansão, β [m/°C]
• Maior densidade, ρ [kg/m3]
• Maior viscosidade cinemática, ν [cSt]
Essas propriedades tem que ser mantidas
em mente quando projetando um sistema
e selecionando bombas. Como mencionado
anteriormente, uma maior densidade exige
potencia aumentada do motor e maior
viscosidade reduz a carga e taxa de fluxo
da bomba e a eficiência resulta necessidade
acrescida da potencia do motor, veja figura
1.5.2.
Fig. 1.5.2: Carga alterada, eficiência e entrada de
potencia para o liquido com mais alta viscosidade
55

55. 1.5.4 Seleção da bomba certa para um
líquido anticongelante
As características da bomba normalmente
são baseadas em água a aproximadamente
20°C, isto é, uma viscosidade cinemática de
aproximadamente 1 cSt e uma densidade de
aproximadamente 1.000 kg/m3.
Quando as bombas são usadas para líquidos
contendo anticongelante abaixo de 0°C, é
necessário examinar se a bomba pode fornecer
o desempenho exigido ou se é necessário um
motor maior. A seção a seguir apresenta um
método simplificado usado para determinar as
correções da curva da bomba para bombas num
sistema que tem que lidar com viscosidade entre
5 - 100 cSt e uma densidade de no máximo 1.300
kg/m3. Favor observar que este método não é
tão preciso quanto o método computadorizado
descrito mais adiante nesta seção.
Correções da curva da bomba para bombas
manuseando líquido de alta viscosidade
Baseado no conhecimento sobre o ponto de
funcionamento requisitado, QS, HS, e a viscosidade
cinemática do líquido bombeado, os fatores de
correção de H e P2 podem ser encontrados, ver
figura 1.5.3.
Para obter o fator de correção para bombas
multiestágio, a altura manométrica de um
estágio tem que ser usada.
KH
1.35
1.30
1.25
1.20
1.15
1.10
1.05
1.00
KP2
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
Q [m3/h]
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100 cSt
60 cSt
100 cSt
60 cSt
40 cSt
40 cSt
20 cSt
10 cSt
20 cSt
10 cSt
5 cSt
5 cSt
H = 6 m
H = 10 m
H = 20 m
H = 40 m
H = 60 m
Fig. 1.5.3: É possível determinar o fator de correção
para a altura manométrica e consumo de energia
em diferentes valores de fluxo, altura manométrica
e viscosidade.
56
Seção 1.5
Líquidos

56. A figura 1.5.3 é lida da seguinte maneira:
Quando kH e kP2 são encontrados na figura, a
altura manométrica equivalente para água limpa
HW e a potência real do eixo corrigida P2S pode ser
calculado pela seguinte fórmula
Onde
HW : é a altura manométrica equivalente da
bomba se o líquido bombeado for água
“limpa
P2W : é a energia do eixo no ponto de funcionamento
(QS,HW) quando o liquido bombeado é água
(com agentes)
HS : é a altura manométrica desejada do líquido
bombeado (com agentes)
P2S : é a potência do eixo no ponto de trabalho
(Qs,Hs) quando o líquido bombeado for água
(com agentes)
ρs : é a densidade do líquido bombeado
ρw : é a densidade da água = 998 kg/m3
A seleção da bomba baseia-se nas folhas de
dados/curvas normais que se aplicam à água. A
bomba deve cobrir o ponto de funcionamento
Q,H = QS,HW, e o motor deve ser suficientemente
poderoso para lidar com P2S no eixo.
A figura 1.5.4 mostra como proceder ao selecionar
uma bomba e testar se o motor está dentro da
faixa de potência permitida.
. P2w
P
. ( s )
P2S = K P2
w
Água
Mistura
Mistura
Água
Hw
Hw = kH
. HS
2
1
H
Hs
P2s
P2w
Qs Q
Q
5
3
4
Fig. 1.5.4: Correção da curva da bomba ao escolher a
bomba certa para o sistema.
O procedimento de seleção da bomba e motor
contém os seguintes passos:
• Calcule a altura manométrica) correta Hw
(baseado em HS and kH), ver figura 1.5.4 1-2
• Escolha uma bomba capaz de fornecer o
desempenho de acordo com o ponto de
funcionamento correto (QS, HW)
• Leia a entrada de energia P2W no ponto de
funcionamento (QS,Hw), ver figura 1.5.4 3-4
• Baseado em P2W , kP2 , ρW , e ρS calcule a
potência de eixo exigida correta P2S , ver
figura 1.5.4 4-5
• Verificar se P2S P2 MAX do motor. Se este for o
caso o motor pode ser usado. De outro modo
selecione um motor mais potente
HW = kH
.
HS
ρs
ρw
P2S = kP2
.
P2w
.
( )
57

57. 1.5.5 Exemplo de cálculo
Uma bomba de circulação num sistema de
refrigeração deve bombear um líquido com 40%
(peso) de propilenoglicol à temperatura de -
10°C. O fluxo desejado é QS = 60 m3/h, e a altura
manométrica) desejada é HS = 12 m. Conhecendo
o ponto de funcionamento desejado é possível
encontrar o QH característico para água e
escolher uma bomba capaz de cobrir o ponto de
funcionamento. Uma vez que determinamos o
tipo de bomba necessário e tamanho, podemos
verificar se a bomba está equipada com um
motor que pode suportar a carga da bomba
específica.
O líquido tem uma viscosidade cinemática de 20
cSt e uma densidade de 1049 kg/m3. Com QS = 60
m3/h, HS = 12 m e ν = 20 cSt, os fatores de correção
podem ser encontrados na figura 1.5.3.
kH = 1.03
kP2 = 1.15
HW = kH · HS = 1.03 · 12 = 12.4 m
QS = 60 m3/h
A bomba tem que ser capaz de cobrir um ponto
de funcionamento equivalente a Q,H = 60 m3/h,
12.4m. Uma vez que o tamanho de bomba
necessário é determinado, o valor P2 para o ponto
de funcionamento é encontrado, o que neste
caso é P2W = 2.9 kW. Agora é possível calcular
a potência do motor necessária para a mistura
propilenoglicol:
O cálculo mostra que a bomba tem que ser
equipada com um motor de 4 kW, que é o menor
tamanho de motor capaz de cobrir o P2S = 3.5 kW
calculado.
1.5.6 Seleção de bomba assistida por
computador para líquidos densos e vis-cosos
Algumas ferramentas de seleção de bomba
assistida por computador incluem um recurso
que compensa para curvas de desempenho da
bomba baseadas na entrada da densidade do
líquido e viscosidade. A figura 1.5.5 mostra as
curvas de desempenho da bomba a partir do
exemplo que acabamos de abordar.
A figura mostra tanto as curvas de desempenho
para a bomba quando ela opera líquido
viscoso (as linhas cheias) quanto as curvas de
desempenho quando ela opera com água (as
linhas interrompidas). Como indicado, a altura
manométrica), fluxo e eficiência são reduzidos,
resultando num aumento do consumo de
energia.
O valor de P2 is 3.4 kW, o que corresponde ao
resultado que obtemos no cálculo exemplar na
seção 1.5.4.
H
[m]
η
[%
14
12
10
8
6
4
2
0
4
3
2
1
0
0 10 20
70
60
50
40
30
20
10
0
30 40 50 60 70 80 Q [m 3/h]
Q [m 3/h]
P2
[kW]
Fig. 1.5.5: Curvas de desempenho da bomba
ρS
ρw
P2S = kP2
.
P2w
.
P2S = 1.15 .
2.9 .
1049
998
= 3.5 kW
58
Seção 1.5
Líquidos

58. Capitulo 1. Design de bombas e motores
Seção 1.6: Materiais
1.6.1 O que é corrosão?
1.6.2 Tipos de corrosão
1.6.3 Metal e ligas de metal
1.6.4 Cerâmica
1.6.5 Plásticos
1.6.6 Borracha
1.6.7 Revestimentos

59. 60
Seção 1.6
Materiais
Nesta seção, você pode ler sobre diferentes
materiais que são usados para construção
da bomba. Nosso foco principal será sobre as
características que cada metal simples e liga
de metal tem a oferecer. Mas, antes de nos
aprofundarmos mais no mundo dos materiais,
nós daremos uma olhada mais de perto na
corrosão. Além de explicar o que é corrosão, nós
examinaremos os diferentes tipos de corrosão e
o que pode ser feito para evitar que a corrosão
ocorra.
1.6.1 O que é corrosão?
Corrosão é normalmente conhecida como a
degradação do metal por reação química ou
eletroquímica com seu ambiente, ver figura 1.6.1.
Considerada amplamente, a corrosão pode ser
encarada como a tendência do metal para voltar
ao seu estado natural, semelhante ao óxido a
partir do qual foi originalmente derretido.
Somente metais preciosos tal como ouro e platina
são encontrados na natureza em seu estado
metálico.
Alguns metais produzem uma camada compacta
de óxido protetor sobre a superfície, o que dificulta
ainda mais a corrosão. Se a camada da superfície
se quebrar, ela é autorregenerativa. Esses metais
são passivados. Sob condições atmosféricas, os
produtos de corrosão de zinco e alumínio formam
uma camada bastante compacta e corrosões
adicionais são impedidas.
Da mesma forma, sobre a superfície de aço
inoxidável uma camada compacta de ferro e óxido
de crômio é formada e na superfície de titânio
uma camada de óxido de titânio é formada. A
camada protetora desses metais explica sua boa
resistência à corrosão. A ferrugem, por outro
lado, é um produto sem proteção contra corrosão
no aço. A ferrugem é porosa, não firmemente
aderente e não previne corrosão continuada, ver
figura 1.6.2.
Variáveis ambientais que afetam a
resistência da corrosão de metais e ligas
pH (acidez)
Agentes oxidantes (tais como oxigênio)
Temperatura
Concentração de constituintes de solução
(tais como cloretos)
Atividade biológica
Condições operacionais
(tais como velocidade, procedimentos de limpeza e
paralizações)
Fig. 1.6.1: Variáveis ambientais que afetam a
resistência à corrosão de metais e ligas
Ferrugem no aço
Produto sem proteção contra corrosão
Camada de óxido sobre o aço inoxidável
Produto com proteção contra corrosão
Fig. 1.6.2: Exemplos de produtos de corrosão

60. 1.6.2 Tipos de corrosão
Geralmente, a corrosão metálica envolve a perda de
metal num ponto numa superfície exposta. A corrosão
ocorre em várias formas que vão desde ataques
uniformes sobre a superfície inteira até ataques locais
graves.
As condições químicas e físicas do ambiente
determinam tanto o tipo como a taxa de ataques
de corrosão. As condições também determinam o
tipo de produtos de corrosão que são formados e as
medidas de controle que necessitam ser tomadas. Em
muitos casos, é impossível ou muito caro interromper
completamente o processo de corrosão; entretanto,
normalmente é possível controlar os processos a níveis
aceitáveis.
Nas páginas a seguir abordaremos as diferentes
formas de corrosão de modo a dar uma ideia de suas
características.
Corrosão uniforme
Corrosão uniforme ou geral é caracterizada pelos
ataques corrosivos procedendo uniformemente sobre
toda a superfície ou numa grande parte da área total.
O desbaste geral continua até que o metal se partir. A
corrosão uniforme é o tipo de corrosão onde a maior
quantidade de metal é desperdiçada.
Exemplos de metais, que estão sujeitos à corrosão
uniforme:
• Aço em água gasosa
• Aço inoxidável em ácidos de redução (tais como o
EM 1.4301 (AISI 304) em ácido sulfúrico)
Corrosão alveolar
A corrosão alveolar é uma forma localizada de
ataques corrosivos. A corrosão alveolar forma
buracos ou marcas na superfície do metal. Ela
perfura o metal enquanto a corrosão total, medida
pela perda de peso, pode ser bastante mínima.
A taxa de penetração pode ser 10 a 100 vezes
maior do que a corrosão geral, dependendo da
agressividade do líquido. A corrosão alveolar ocorre
mais facilmente em um ambiente estagnado.
Exemplo de metal sujeito à corrosão alveolar:
• Aço inoxidável em água do mar
Fig. 1.6.3: Corrosão uniforme
Fig. 1.6.4: Corrosão alveolar
61

61. 1. Design of pumps and motors
1.1 Pump construction, (10)
Corrosão por frestas
A corrosão por frestas - como a corrosão alveolar
- é uma forma de ataque de corrosão localizado.
Entretanto, a corrosão por frestas inicia mais
facilmente que a alveolar. A corrosão por frestas
ocorre em aberturas ou espaços estreitos entre
duas superfícies de metal ou entre superfícies de
metal e não metal e é normalmente associada a
uma condição de estagnação na fresta. Frestas, tais
como aquelas encontradas em juntas de flange ou
conexões rosqueadas são, portanto, muitas vezes
os pontos mais críticos para corrosão.
Exemplo de metal sujeito à corrosão por fresta:
• Aço inoxidável em água do mar
Corrosão intergranular
Como o nome indica, a corrosão intergranular
ocorre nas bordas do grão. A corrosão intergranular
também é chamada de corrosão intercristalina.
Normalmente, esse tipo de corrosão ocorre quando
os carbonetos de cromo se precipitam nas bordas
do grão durante o processo de soldagem ou em
conexão com tratamento de calor insuficiente.
Uma região estreita em torno das bordas do grão
pode, portanto, esgotar-se de cromo e tornar-se
menos resistente à corrosão do que o resto do
material, Isso é lamentável porque o cromo tem um
papel importante na resistência à corrosão.
Exemplos de metais que estão sujeitos à corrosão
intergranular:
• Aço inoxidável – que é insuficientemente soldado
ou tratado termicamente
• Aço inoxidável EN 1.4401 (AISI 316) em acido
nítrico concentrado
Corrosão seletiva
A corrosão seletiva é um tipo de corrosão que
ataca um único elemento de uma liga e dissolve o
elemento na estrutura da liga. Consequentemente,
a estrutura da liga é enfraquecida.
Exemplos de corrosão seletiva:
• A desincificação de bronze não estabilizado, onde
uma estrutura porosa enfraquecida de cobre é
produzida;
• Grafitização de ferro fundido cinzento, onde um
frágil esqueleto de grafite é deixado por causa da
dissolução do ferro.
Fig. 1.6.5: Corrosão por fresta
Fig. 1.6.6: Corrosão intergranular
Produtos da corrosão do zinco
Fig. 1.6.7: Corrosão seletiva
Cobre
Bronze
62
Seção 1.6
Materiais

62. Corrosão por erosão
A corrosão por erosão é um processo que envolve
corrosão e erosão. A taxa de ataque de corrosão
é acelerada por um movimento relativo de um
liquido corrosivo e uma superfície de metal. O
ataque é localizado em áreas com velocidade
alta ou fluxo turbulento. Os ataques de corrosão
por erosão são caracterizados por estrias com
padrão direcional.
Exemplos de metais que estão sujeitos à corrosão
erosão:
• Bronze em água do mar
• Cobre em água.
Corrosão por cavitação
Um líquido bombeado com alta velocidade reduz
a pressão. Quando a pressão cai abaixo da pressão
de vapor do líquido, bolhas de vapor se formam (o
liquido ferve). Em áreas onde as bolhas de vapor
se formam, o líquido está fervendo. Quando
a pressão aumenta novamente, as bolhas de
vapor caem e produzem intensas ondas de
choque. Consequentemente, a queda das bolhas
de vapor remove metal ou óxido da superfície.
Exemplos de metais sujeitos à cavitação:
• Ferro fundido em água em alta temperatura
• Bronze em água do mar
Fissuração em corrosão sob tensão (SCC)
A fissuração em corrosão sob tensão (SCC)
refere-se à influencia combinada de tensão
de tração (aplicada ou interna) e ambiente
corrosivo. O material pode rachar sem qualquer
deformação significante ou deterioração óbvia
do material. Com frequência a corrosão alveolar
está associada ao fenômeno de fissuração em
corrosão sob tensão.
Exemplos de metais sujeitos à fissuração por
corrosão sob tensão:
• Aço inoxidável EN 1.4401 (AISI 316) em cloretos
• Latão em amônia
Fluxo
Fig. 1.6.8: Corrosão por erosão
Fig. 1.6.9: Corrosão cavitação
Fig. 1.6.10: Fissuração em corrosão sob tensão
63

63. 1. Design of pumps and motors
1.1 Pump construction, (10)
Corrosão por fadiga
Fadiga mecânica pura é quando um material
sujeito a uma carga cíclica muito abaixo da
resistência máxima de tração pode falhar. Se
o metal é simultaneamente exposto a um
ambiente corrosivo, a falha pode acontecer
numa tensão ainda menor e depois de um
tempo mais curto. Contrário a uma fadiga
mecânica pura, não há limite de fadiga na fadiga
auxiliada por corrosão.
Exemplos de metais sujeitos à corrosão por
fadiga:
• Estruturas de alumínio em atmosfera corrosiva
Corrosão galvânica
Quando um eletrólito corrosivo e dois materiais
metálicos estão em contato (célula galvânica),
aumenta a corrosão sobre o material menos
nobre (o anodo) e diminui no mais nobre (o
catodo). O aumento na corrosão é chamado de
corrosão galvânica. A tendência de um metal
ou uma liga corroer em uma célula galvânica
é determinada pela sua posição nas séries
galvânicas. As séries galvânicas indicam a
nobreza relativa de diferentes metais e ligas
num dado ambiente (por exemplo, água do mar,
ver figura 1.6.12). Quanto mais distantes os
metais estiverem na série galvânica, maior será
o efeito da corrosão galvânica. Metais ou ligas
na extremidade superior são nobres, enquanto
que aqueles na parte inferior são menos nobres.
Exemplos de metais sujeitos à corrosão
galvânica:
• Aço em contato com 1.4401
• Alumínio em contato com cobre
Os princípios da corrosão galvânica são usados
na proteção catódica. A proteção catódica é
um meio de reduzir ou evitar a corrosão de
uma superfície de metal pelo uso de anodos
sacrificiais (zinco ou alumínio) ou correntes
impressas.
Fig. 1.6.11: Corrosão por fadiga
Alumínio – menos nobre Cobre – mais nobre
Fig. 1.6.12: Corrosão galvânica
Séries galvânicas para metais e ligas em água do mar
Extremidade catódica, nobre (menos provável de corroer)
Platina
Ouro
Titânio (passivo)
Prata
Aço inoxidável (passivo)
Cobre
Bronze
Latão
Estanho
Aço inoxidável (ativo)
Aço
Alumínio
Zinco
Magnésio
Eextremidade anódica, Menos nobre (mais provável de corroer)
Fig. 1.6.13: Séries galvânicas para metais e ligas em
água do mar
64
Seção 1.6
Materiais

64. 1.6.3 Metal e ligas de metal
Nas páginas a seguir você pode ler sobre as
características de diferentes metais e ligas de metal
usados para a construção de bombas.
Ligas ferrosas
Ligas ferrosas são ligas onde o ferro é o constituinte
principal. As ligas ferrosas são o mais comum dos
materiais por causa de sua disponibilidade, baixo
custo e versatilidade.
Aço
O aço é um material amplamente utilizado
principalmente composto de ferro ligado com
carbono. A quantidade de carbono no aço varia na
faixa de 0,003% a 1,5% por peso. O teor de carbono
tem um impacto importante na força do material,
capacidade de solda, usinabilidade, aptidão à
dobragem, e dureza. Como regra geral, um aumento
no teor de carbono levará a um aumento na força
e na dureza, mas a uma diminuição na aptidão
a dobragem e capacidade de solda. O tipo mais
comum de aço é aço carbono. O aço carbono está
agrupado em quatro categorias, ver figura 1.6.14.
O aço está disponível na condição forjado bem
como fundido. As características gerais da fundição
de aço são intimamente comparáveis às dos aços
forjados. A vantagem mais óbvia do aço é que ele é
relativamente barato para fazer, formar e processar.
Por outro lado, a desvantagem do aço é que sua
resistência à corrosão é baixa comparada a materiais
alternativos tais como o aço inoxidável.
Corrosão por cavitação de impulsor de bronze
Corrosão por erosão de impulsor de ferro fundido
Corrosão alveolar de EN 1.4401 (AISI 316)
Corrosão
intergranular de aço
inoxidável
1 mm
Corrosão por fresta de
EN 1.4462 (SAF 2205)
Tipo de aço Teor de carbono
Aço ameno de baixo teor de carbono 0,003% a 0,30% de carbono
Aço Aço de médio teor de carbono 0,30% a 0,45% de carbono
Aço de alto teor de carbono 0,45% a 0,75% de carbono
Aço de teor de carbono muito elevado 0,75% a 1,50% de carbono
Fig 1.6.14: Quatro tipos de aço carbono
65

65. Ferro nodular (flexível)
O ferro nodular contém por volta de 0,03-0,05%
por peso de magnésio. O magnésio faz com que
os flocos se tornem globulares assim o grafite
é disperso em toda a matriz ferrita ou perlita
na forma de esferas ou nódulos. Os nódulos de
grafite não têm características marcantes. A forma
redonda do grafite nodular reduz a concentração
de tensões e, consequentemente, o material é
muito mais flexível do que o ferro cinzento. A
figura 1.6.16 mostra claramente que a resistência
à tração é maior para o ferro nodular do que
é o caso para o ferro cinzento. O ferro nodular
normalmente é usado para peças de bombas com
altos requisitos de resistência (aplicações de alta
pressão ou alta temperatura).
Aço inoxidável
O aço inoxidável são ligas de aço contendo cromo.
O teor mínimo de cromo em aço inoxidável
padronizado é 10,5%. O cromo melhora
a resistência à corrosão do aço inoxidável. A
maior resistência à corrosão é devida ao filme
de oxido de cromo que é formado na superfície
do metal. Esta camada extremamente fina é
autorreparadora sob as condições certas.
Níquel, molibdênio e nitrogênio são outros
exemplos típicos de elementos de ligação.
Ligação com estes elementos apresenta
diferentes estruturas cristalinas que permitem
propriedades diferentes em conexão com a
usinagem, formação, soldadura, resistência à
corrosão, etc. Em geral, aço inoxidável tem uma
maior resistência aos produtos químicos (isto é,
ácidos) do que o aço e o ferro fundido têm.
1. Design of pumps and motors
1.1 Pump construction, (10)
Ferro Fundido
O ferro fundido pode ser considerado uma
liga de ferro, silício e carbono. Normalmente a
concentração de carbono está entre 3-4% por peso,
a maior parte está presente na forma insolúvel
(exemplo, grafite em flocos ou nódulos). Os dois
tipos principais são ferro fundido cinzento e ferro
fundido nodular (flexível). A resistência à corrosão
do ferro fundido é comparável a aquela do aço; e às
vezes até mesmo melhor. O ferro fundido pode ser
ligado com 13-16% por peso de silício ou 15-35%
por peso de níquel (Ni-resist) respectivamente de
modo a melhorar a resistência à corrosão. Vários
tipos de ferros fundidos são amplamente usados
na indústria, especialmente para válvulas, bombas,
tubos e peças automotivas. O ferro fundido tem
boa resistência à corrosão para líquidos neutros e
alcalinos (alto ph). Mas sua resistência aos ácidos
(baixo pH) é ruim.
Ferro cinzento
Designações de ferro cinzento
Resistência
à tração
N/mm, min.
Fig 1.6.15: Comparação e designações de ferro cinzento
No ferro cinzento, o grafite é disperso em toda
uma matriz de ferrita ou perlita em forma de
flocos. Superfícies de fratura assumem uma
aparência cinzenta (daí o nome!). Os flocos de
grafite agem como concentradores de tensão sob
cargas de tração, fornando-o fraco e quebradiço
na tensão, mas forte e flexível na compressão.
O ferro cinzento é usado para a construção de
blocos de motor por causa da sua alta capacidade
de amortecimento de vibração. O ferro cinzento
é um material barato e relativamente fácil de
fundir com um risco de mínimo de encolhimento.
É por isso que o ferro cinzento é frequentemente
usado para peças de bombas ecom requisitos
moderados de resistência.
Designações do ferro nodular
Resistência
à tração
N/mm, min.
Fig 1.6.16: Comparação e designações do ferro nodular
66
Seção 1.6
Materiais

66. Em ambientes contendo cloretos, o aço inoxidável
pode ser atacado pela corrosão localizada, por
exemplo, corrosão alveolar e corrosão por
frestas. A resistência do aço inoxidável a estes
tipos de corrosão é altamente dependente de sua
composição química. Tornou-se bastante comum
usar os tão conhecidos valores PRE (Equivalente
de Resistência Alveolar) como uma medida da
resistência alveolar do aço inoxidável. Os valores
PRE são calculados por fórmulas nas quais a
influência relativa de alguns elementos de ligação
(cromo, molibdênio e nitrogênio) sobre a resistência
alveolar é levada em consideração. Quanto mais
alto o PRE, mais alta a resistência à corrosão
localizada. Esteja ciente de que o valor de PRE
é uma estimativa muito grosseira da resistência
alveolar de um aço inoxidável e só deve ser usado
para comparação/classificação de diferentes tipos
de aço inoxidável.
A seguir, apresentaremos os quatro tipos principais
de aço inoxidável: ferrítico, martensítico, austenítico
e duplo.
Fig 1.6.17: Composição química do aço inoxidável
Composição química do aço inoxidável [w%]
Microestrutura Designação % % % % % PRE 5)
EN/AISI/UNS Carbon máx. Cromio Níquel Molibdênio Outros
Ferritico 1.4016/430/ S43000 0.08 16-18 17
Martensitico 1.4057/431/ S43100 0.12-0.22 15-17 1.5-2.5 16
Austenítico 1.4305/303/ S30300 0.1 17-19 8-10 S 0.15-0.35 18
Austenítico 1.4301/304/ S30400 0.07 17-19.5 8-10.5 18
Austenítico 1.4306/304L/ S30403 0.03 18-20 10-12 18
Austenítico 1.4401/316/ S31600 0.07 16.5-18.5 10-13 2-2.5 24
Austenítico 1.4404/316L/ S31603 0.03 16.5-18.5 10-13 2-2.5 24
Austenítico 1.4571/316Ti/ 0.08 16.5-18.5 10.5-13.5 2-2.5 Ti 5 x carbono 24
S31635 Ti 0.70
Austenítico 1.4539/904L/ N08904 0.02 19-21 24-26 4-5 Cu 1.2-2 34
Austenítico 1.4547/nenhum / 0.02 20 18 6.1 N 0.18-0.22 43
S 31254 3) Cu 0.5-1
Ferrítico/ 1.4462/ nenhum/ 0.03 21-23 4.5-6.5 2.5-3.5 N 0.10-0.22 34
austenítico S32205 2)
Ferrítico/ 1.4410/nenhum/ 0.03 25 7 4 N 0.24-0.32 43
austenítico S 32750 4)
Microestrutura Designação % % % % % PRE
EN/ASTM/UNS Carbon máx. Crômio Níquel Molibdênio Outros
Austenítico 1) 1.4308/CF8/ J92600 0.07 18-20 8-11 19
Austenítico 1) 1.4408/CF8M/ J92900 0.07 18-20 9-12 2-2.5 26
Austenítico 1) 1.4409/CF3M/ J92800 0.03 18-20 9-12 2-2.5 N máx. 0.2 26
Austenítico 1.4584/nenhum/nenhum 0.025 19-21 24-26 4-5 N máx. 0.2 35
Cu 1-3
Ferrítico/
austenítico 1.4470/CD3MN/ J92205 0.03 21-23 4.5-6.5 2.5-3.5 N 0.12-0.2 35
Ferrítico/ 1.4517/CD4MCuN/ N 0.12-0.22
austenítico J93372 0.03 24.5-26.5 2.5-3.5 2.5-3.5 Cu 2.75-3.5 38
1) Contém um pouco de ferrita 2) Também conhecido como SAF 2205, 3) Também conhecido como 254 SMO, 4)
Também conhecido como SAF 2507 5) Equivalente de Resistência Alveolar (PRE): Cr% + 3,3xMo% + 16xN%.
67

67. 1. Design of pumps and motors
1.1 Pump construction, (10)
Ferrítico (magnético)
O aço inoxidável ferrítico é caracterizado por
propriedades de corrosão muito boas, resistência
muito boa à fissuração por tensão e dureza
moderada. Aço inoxidável ferrítico com liga
baixa é usado em ambientes brandos (colheres,
pias de cozinha, tambores de máquinas de lavar,
etc.) onde há necessidade que o componente
seja livre de manutenção e não enferruje.
Martensítico (magnético)
O aço inoxidável martensítico é caracterizado
pela alta força e resistência limitada à corrosão.
Aços martensíticos são usados para molas, eixos,
instrumentos cirúrgicos e para ferramentas de
ponta afiada, tais como facas e tesouras.
Austenítico (não magnético)
O aço inoxidável austenítico é o tipo mais
comum de aço inoxidável e é caracterizado por
uma alta resistência à corrosão, maleabilidade
muito boa, dureza e capacidade de soldagem.
O aço inoxidável austenítico, especialmente o
EN 1.4301 e o EN 1.4401 são usados para quase
qualquer tipo de componentes de bomba na
indústria. Este tipo de aço inoxidável pode ser
tanto forjado ou fundido.
O EN 1.4305 é um dos mais populares tipos
de aço inoxidável de todos os tipos de aço
inoxidável sem usinagem. Devido ao seu alto
teor de enxofre (0,15-0,35 w%), a capacidade de
usinagem tem aumentado consideravelmente,
mas infelizmente a custo de sua resistência
à corrosão e sua capacidade de soldagem.
Entretanto, ao longo dos anos graus sem
usinagem com um baixo teor de enxofre e
assim uma maior resistência à corrosão têm
sido desenvolvidos.
Se o aço inoxidável é aquecido até 500°C -
800°C por período maior durante a soldagem,
o cromo pode formar carbonetos de cromo
com o carbono presente no aço. Isto reduz
a capacidade do cromo de manter um filme
passivo e pode levar à corrosão intergranular
também conhecida como sensibilização (ver
seção 1.6.2).
Se baixos teores de carbono de aço inoxidável
forem usados, o risco de sensibilização é
reduzido. O aço inoxidável com baixo teor de
carbono é conhecido como EN 1.4306 (AISI
304L) ou EN 1.4404 (AISI 316L). Ambos os teores
contêm 0,03% de carbono comparado ao 0,07%
no tipo regular de aço inoxidável EN 1.4301
(AISI 304) e EN 1.4401 (AISI 316), ver ilustração
1.6.17.
As grades estabilizadas EN 1.4571 (AISI 316Ti)
contêm uma pequena quantidade de titânio.
Porque o titânio tem uma maior afinidade
para carbono que cromo, a formação de
carbonetos de cromo é minimizada. O teor de
carbono é geralmente baixo no aço inoxidável
moderno e com fácil disponibilidade de grades
‘L’ a utilização de grades estabilizadas diminuiu
acentuadamente.
Ferrítico - austenítico ou duplo (magnéti-co)
O aço inoxidável Ferrítico - austenítico (duplex)
é caracterizado por alta força, boa dureza, alta
resistência à corrosão e excelente resistência
à fissuração de corrosão por tensão e corrosão
por fadiga em especial. O aço inoxidável
ferrítico-austenítico normalmente é usado em
aplicações que exigem alta força, alta resistência
à corrosão e baixa suscetibilidade à fissuração
por corrosão de tensão ou uma combinação
destas propriedades. O aço inoxidável EN 1.4462
é amplamente usado para fabricação de eixos de
bombas e carcaças de bombas.
68
Seção 1.6
Materiais

68. Ligas de Níquel
Ligas à base de níquel são definidas como ligas nas
quais o níquel está presente em maior proporção
do que qualquer outro elemento de ligação.
Os constituintes de ligação mais importantes
são ferro, cromo, cobre, e molibdênio. Os
constituintes de liga tornam possível formar
uma ampla gama de classes de liga. O níquel e
as ligas de níquel têm a capacidade de resistir a
uma ampla variedade de condições operacionais
severas, por exemplo, ambientes corrosivos, altas
temperaturas, altas tensões ou uma combinação
destes fatores.
Ligas Hastelloys™ são uma linha de ligas comerciais
contendo Ni, Mo, Cr e Fe. As ligas à base de níquel,
tais como Inconel™ Alloy 625, Hastelloys™ C-276
e C-22 são altamente resistentes à corrosão e não
estão sujeitas à corrosão alveolar ou por frestas
em água do mar de baixa velocidade e não sofrem
erosão em alta velocidade.
O preço da liga à base níquel limita seu uso
a certas aplicações. As ligas de níquel estão
disponíveis tanto em grades forjadas quanto
fundidas. Entretanto, as ligas de níquel são mais
difíceis de fundir do que os aços carbonos comuns
e ligas de aço inoxidável. As ligas de níquel são
especialmente utilizadas para peças da bomba
na indústria de processamento químico.
Ligas de cobre
O cobre puro tem excelentes propriedades
térmicas e elétricas, mas é um material muito
macio e dúctil.
Elementos de liga resultam em diferentes
materiais de fundidos e forjados, que são
adequados para uso na produção de bombas,
tubulações, acessórios, vasos de pressão e para
muitas aplicações marinhas, elétricas e de
engenharia em geral.
Tipos comuns de ligas de cobra
Material Elementos principais de liga [w%]
1)
Zinco Estanho Níquel Cobre
Latão
Latão vermelho
(metal de arma)
Bronze
Cuproníquel
descanso
descanso
descanso
descanso
2)
1) Chumbo pode ser adicionado como elemento de ligação
para aumentar a capacidade de usinagem.
2) O bronze pode ser ligado com o alumínio para aumentar
a resistência.
Fig 1.6.18: Tipos comuns de ligas de cobre
Latões são os mais amplamente utilizados nas
ligas de cobre por causa de seu baixo custo,
sua fabricação e usinagem fáceis ou baratas.
Entretanto, eles são inferior ao bronze
em resistência e não devem ser usados em
ambientes que causem dezincificação (ver seção
sobre corrosão seletiva).
Latão vermelho, bronze, níqueis de cobre em
particular têm, em comparação ao ferro fundido,
uma alta resistência aos cloretos em líquidos
agressivos, tais como água do mar. Em tais
ambientes o latão não é adequado por causa de
sua tendência a dezincificar.
Todas as ligas de cobre têm fraca resistência a
líquidos alcalinos (alto pH), amônia e sulfetos
e são sensíveis à erosão. Latão, latão vermelho
e bronze são amplamente usados para fazer
rolamentos, impulsores e carcaças de bombas.
69

69. Titânio
O titânio puro tem uma densidade baixa, é bastante
flexível e tem uma força relativamente baixa.
Entretanto, quando uma quantidade limitada de
oxigênio for adicionada ele irá reforçar o titânio e
produzir as famosas grades comerciais puras. As
adições de vários elementos de ligação, tais como
o alumínio e o vanaádio aumentam sua resistência
significantemente, à custa da flexibilidade. O
alumínio e o vanádio - de titânio ligado (Ti-6Al-
4V) é a liga de “distribuição” da indústria do
titânio. Ela é usada em muitos componentes de
motores aeroespaciais e fuselagem. Porque o
titânio é um material de preço alto, ainda não é
um material frequentemente utilizado para fazer
os componentes da bomba.
O titânio é um material muito reativo. Como é
o caso do aço inoxidável, a resistência do titânio
à corrosão depende da formação de um filme
óxido. No entanto, o filme óxido é mais protetor
do que aquele de aço inoxidável. Assim, o titânio
tem um desempenho muito melhor do que o aço
inoxidável em líquidos agressivos, tais como água
do mar, cloro úmido ou cloretos orgânicos, que
causam corrosão alveolar e por frestas.
1. Design of pumps and motors
1.1 Pump construction, (10)
Alumínio
Designação Elemento principal de liga
Série 1000 Não ligado (puro) 99% Al
Série 2000 O cobre é o principal elemento de ligação, embora outros
elementos (magnésio) possam ser especificados
Série 3000 O manganês é o principal elemento de ligação
Série 4000 O silício é o principal elemento de ligação
Série 5000 Magnésio é o principal elemento de ligação
Série 6000 Magnésio e silício são os principais elementos de ligação
Série 7000
O zinco é o principal elemento de liga, mas outros
elementos, tais como cobre, magnésio, cromo, e zircônia
podem ser especificados
Série 8000
Outros elementos (incluindo estanhos e algumas
composições de lítio)
O alumínio puro é um metal leve e macio com uma
densidade de aproximadamente um terço daquele
do aço. O alumínio puro tem uma condutividade
elétrica e térmica alta. Os elementos de ligação
mais comuns são silício (silumin), magnésio, ferro e
cobre. O silício aumenta a capacidade de fundição
do material, o cobre aumenta sua capacidade de
usinagem e magnésio aumenta sua resistência à
corrosão e força.
As vantagens óbvias do alumínio são que o material
naturalmente gera um filme óxido protetor e é
altamente resistente à corrosão se for exposto à
atmosfera. Tratamentos, tais como a anodização,
podem aumentar ainda mais esta propriedade.
As ligas de alumínio são amplamente usadas em
estruturas onde uma elevada resistência à relação
de peso é importante, tais como na indústria de
transporte. Por exemplo, o uso de alumínio em
veículos e aeronaves reduz o peso e o consumo de
energia.
Por outro lado, a desvantagem do alumínio é que
não é estável em pH baixo e alto e em ambientes
contendo cloretos. Esta propriedade torna o
alumínio inadequado para exposição a soluções
aquosas especialmente sob condições com alto
fluxo. Isto é ainda mais enfatizado pelo fato de que o
alumínio é um metal reativo, isto é tem uma posição
baixa na série galvânica (ver seção sobre corrosão
galvânica) e pode facilmente sofrer com a corrosão
galvânica se acoplado a metais e ligas mais nobres.
Graus CP com
aumento no teor
de oxigênio
Graus de Titânio
ASTM
Características da Liga Atributos
Grau 1,2,3,4
Grau 7,11
Grau 5
Graus CP com
adição de paládio
6% Al, 4% V
Resistência à corrosão
com facilidade de
fabricação e soldagem
Resistência à corrosão
melhorada para a redução
de ácidos e corrosão
por frestas
Liga de distribuição com
alta força. Amplamente
usada na indústria
aeronáutica
Fig 1.6.19: Principais elementos de liga de alumínio
Fig 1.6.20: Graus de titânio e características da liga
70
Section 1.6
Materials

70. 1.6.4 Cerâmica
Materiais cerâmicos são definidos como materiais
inorgânicos, não metálicos, que são normalmente
de natureza cristalina. Eles são compostos de
elementos metálicos e não metálicos. Cerâmicas
técnicas comuns são o óxido de alumínio (alumina
- Al2O3), carbeto de silício (SiC), carboneto de
tungstênio (WC) e nitreto de silício (Si3N4).
As cerâmicas são adequadas para aplicações que
exigem elevada estabilidade térmica, elevada
força, alta resistência ao desgaste e elevada
resistência à corrosão. A desvantagem da cerâmica
é a baixa flexibilidade e alta tendência para
fraturas frágeis. As cerâmicas são principalmente
usadas para fazer rolamentos e faces de vedação
para retentores do eixo.
1.6.5 Plásticos
Abreviação Nome do polímero
Alguns plásticos são derivados de substâncias
naturais, tais como plantas, mas a maioria dos
tipos é feita pelo homem. Esses são conhecidos
como plásticos sintéticos. A maioria dos plásticos
sintéticos vem do petróleo bruto, mas o carvão
e o gás natural também são utilizados. Existem
dois tipos principais de plásticos: termoplásticos
e termoendurecidos (plásticos termoestáveis).
Os termoplásticos são os tipos mais comuns de
plásticos usados em todo mundo. Os plásticos com
frequência contêm aditivos, que transferem certas
propriedades adicionais ao material. Além disso, os
plásticos podem ser reforçados com fibra de vidro
ou outras fibras. Estes plásticos junto com aditivos
e fibras também são conhecidos como compostos.
Exemplos de aditivos encontrados em plásticos:
• Enchimento inorgânicos para reforço mecânico
• Estabilizantes químicos, por exemplo,
antioxidantes
• Plastificantes
• Retardadores de chamas
Termoplásticos
Polímeros termoplásticos consistem de moléculas
de polímero longo que não estão ligadas uma
a outra, isto é, não tem ligações cruzadas. Eles
com frequência são fornecidos como grânulos e
aquecidos para permitir fabricação por métodos, tais
como moldagem ou extrusão.
Uma ampla gama está disponível, de plásticos de
matéria-prima de baixo custo (ex.: PE, PP, PVC) a
termoplásticos de engenharia de alto custo (ex.:
PEEK), e fluopolímeros resistentes a produtos
químicos (ex,: PTFE, PVDF). O PTFE é um dos poucos
termoplásticos que não é processável por fusão. Os
termoplásticos são amplamente usados para fazer
carcaças de bomba ou para revestimento de tubos e
de carcaças de bombas.
Termoendurecidos
Os termoendurecidos endurecem
permanentemente quando aquecidos, já que a
reticulação impede flexões e rotações. A reticulação
é alcançada durante a fabricação usando
produtos químicos, aquecimento ou radiação;
este processo é chamado cura ou vulcanização.
Os termoendurecidos são mais duros, mais
estáveis dimensionalmente e mais frágeis do
que os termoplásticos e não podem ser fundidos
novamente. Importantes termoendurecidos
incluem epóxis, poliésteres e poliuretanos. Os
termoendurecidos são, entre outras coisas, usados
para revestimentos de superfície.
Cadeias de polímero linear
Termoplásticos
Elastômeros
Termoendurecidos
Cadeias de polímero ramicado
Cadeias de polímero fracamente reticulados
Cadeias de polímero fortemente reticulados
Fig 1.6.22: Diferentes tipos de polímeros
PP
PE
PVC
PEEK
PVDF
PTFE*
Polipropileno
Polietileno
Policloreto de vinila
Polieter-éter-cetona
Poliuoreto de vinilideno
Politetrauoroetileno
*Marca comercial: Teflon®
Fig 1.6.21: Visão geral dos nomes de polímero
71

71. 1. Design of pumps and motors
1.1 Pump construction, (10)
1.6.6 Borracha
Abreviação
Nome comum Exemplos de
Buna-NR
O termo borracha inclui tanto borracha natural
quanto borracha sintética. As borrachas (ou
elastômeros) são polímeros de cadeia longa flexível
que podem ser esticados facilmente por várias
vezes seu comprimento quando não estivado e que
rapidamente retornam a suas dimensões originais
quando a tensão aplicada é liberada. As borrachas
são reticuladas (vulcanizadas), mas têm uma
baixa densidade de reticulação, ver figura 1.6.22. A
reticulação é a chave para as propriedades elásticas
ou de borracha destes materiais. A elasticidade
fornece resiliência em aplicações de vedação.
Diferentes componentes em uma bomba são feitos
de borracha, por exemplo, juntas, e anéis O(ver
seção 1.3 sobre retentores de eixo). Nesta seção
apresentaremos diferentes tipos de qualidades de
borracha e suas principais propriedades no que diz
respeito à temperatura e resistência a diferentes
tipos de grupos de líquidos.
Borracha nitrílica (NBR)
Em temperaturas até aproximadamente 100°C
a borracha nitrílica é um material barato que
tem uma alta resistência ao óleo e combustível.
Existem diferentes grades - quanto mais alto o teor
de acrilonitrila (ACN), maior a resistência ao óleo,
mas pior a baixa flexibilidade de temperatura. As
borrachas nitrílicas têm alta resiliência e elevada
resistência ao desgaste, mas força moderada.
Além disso, a borracha tem resistência limitada
ao intemperismo e fraca resistência a solventes.
Ela pode ser usada geralmente a cerca de - 30°C,
mas certas grades podem operar a temperaturas
mais baixas.
Borracha de etileno propileno (EPDM)
O etileno propileno tem excelente resistência
à água que é mantida a altas temperaturas
de aproximadamente 120- 140°C. O tipo de
borracha tem boa resistência a ácidos, bases
fortes e fluidos altamente polares, tais como
metanol e acetona. No entanto, tem fraca
resistência a óleo mineral e combustível.
Fluoroelastômeros (FKM)
Fluoroelastômeros cobrem uma família inteira
de borrachas designadas para suportar óleo,
combustível e uma ampla gama de produtos
químicos incluindo solventes não polares.
O FKM oferece excelente resistência a
operações no de altas temperaturas (até 200°C
dependendo da grade) no ar e diferentes tipos
de óleo. As borrachas FKM têm resistência
limitada ao vapor, água quente, metanol e
outros fluidos altamente polares. Além disso,
este tipo de borracha tem fraca resistência a
aminas, bases fortes e muitos fréons. Existem
grades padrão e especiais – as últimas têm
propriedades especiais tal como resistência a
baixa temperatura e produtos químicos.
Borracha de silicone (Q)
As borrachas de silicone têm propriedades
notáveis, tais como baixa compressão
configurada numa larga faixa de temperaturas
(entre -60°C a 200°C no ar), excelente isolamento
elétrico e não são tóxicas. As borrachas de
silicone são resistentes à água, alguns ácidos
e produtos químicos oxidantes. Ácidos
concentrados, alcalinos, e solventes não devem
ser usados com borrachas de silicone. Em geral,
estes tipos de borracha têm fraca resistência ao
óleo e combustível. Entretanto, a resistência da
borracha de silicone FMQ ao óleo e combustível
é melhor do que a das borrachas de silicone dos
tipos MQ, VMQ, e PMQ.
Perfluoroelastômeros (FFKM)
Perfluoroelastômeros têm resistência muito
alta a produtos químicos quase comparável
àquela do PTFE (Politetrafluoroetileno, por
exemplo, TeflonR). Eles podem ser usados em
altas temperaturas, mas suas desvantagens
são difíceis de processar, custo muito alto e uso
limitado em baixas temperaturas.
Common types of copper alloys
NBR
Borracha nitrílica
EPDM, EPM Borracha de etileno-propileno
FKM Fluoroelastômeros VitonR
SilopreneR
FFKM Peruoroelastômeros ChemrazR
KalrezR
MQ, VMQ, PMQ, FMQ Borracha de silicone
nome comerciais
NordelR
Fig 1.6.23: Tipos de borracha
72
Seção 1.6
Materiais

72. 1.6.7 Revestimentos
Revestimento de proteção – metálico, não
metálico (inorgânico) ou orgânico – é um método
comum de controle de corrosão. A principal
função do revestimento é (além de revestimentos
de galvanização, tais como zinco) fornecer uma
barreira eficaz entre o metal (substrato) e seu
ambiente. Eles permitem o uso de aço normal ou
alumínio em vez de materiais mais caros. Na seção
a seguir examinaremos as possibilidades de evitar
a corrosão por meio de diferentes revestimentos:
Revestimentos metálicos e não metálicos
(inorgânicos) e revestimentos orgânicos.
Revestimentos metálicos
Revestimentos metálicos menos nobres
que o substrato
Revestimentos de zinco são comumente usados
para a proteção de estruturas de aço contra
corrosão atmosférica. O zinco tem duas funções:
ele age como um revestimento barreira e
fornece proteção galvânica. Caso ocorra uma
área exposta de aço, a superfície de zinco corroi
preferencialmente a uma taxa lenta e protege
o aço. A proteção preferencial é chamada de
proteção catódica. Quando o dano é pequeno, a
os produtos de proteção contra corrosão do zinco
preencherão a área exposta e pararão o ataque.
Revestimentos metálicos mais nobres que
o substrato
Galvanoplastia de níquel e revestimentos de
cromo sobre o aço são exemplos de revestimentos
metálicos que são mais nobres que o substrato.
Ao contrário de revestimentos galvânicos onde o
revestimento corroi perto das áreas onde o metal
de base está exposto, qualquer cavidade ou dano
em revestimento de barreira pode levar a um
ataque imediato do metal de base.
Proteção galvânica x barreira contra a corrosão
Para proteger o aço base,
o revestimento de zinco
sacrica a si mesmo
lentamente pela ação galvânica.
Aço revestido com um metal mais
nobre, tal como o níquel,
corroi mais rapidamente se o
revestimento estiver danicado.
Fig 1.6.24: Proteção galvânica x barreira
contra a corrosão
73

73. Tintas
Como mencionado acima, as tintas são uma classe
importante de revestimento orgânico. A Figura
1.6.25 mostra vários tipos de revestimentos
orgânicos. Uma formulação de tinta típica
contém aglutinantes poliméricos, solventes,
pigmentos e aditivos. Por razões ambientais,
os solventes orgânicos estão sendo cada vez
mais substituídos por água ou simplesmente
eliminados, por exemplo, revestimento em pó.
Estruturas metálicas pintadas normalmente
envolvem duas ou mais camadas de revestimento
aplicado sobre um revestimento primário, o qual
está em contato direto com o metal.
1. Design of pumps and motors
1.1 Pump construction, (10)
Revestimentos não metálicos
(revestimentos inorgânicos)
Revestimentos de conversão são uma categoria
importante de revestimentos não metálicos
(inorgânicos).
Revestimentos de conversão
Revestimentos de conversão são formados por
uma reação de corrosão controlada do substrato
numa solução oxidada. Exemplos bem conhecidos
de revestimentos de conversão são anodização e
cromagem de alumínio e tratamento do aço com
fosfato. A anodização é usada principalmente para
a proteção de superfícies de alumínio, enquanto a
cromagem e a fosfatização são normalmente
usadas para pré-tratamentos em conexão com a
pintura. Além de melhorar a aderência da tinta,
ela ajuda a prevenir a propagação da ferrugem
sob camadas de tinta.
Revestimentos orgânicos
Os revestimentos orgânicos contêm compostos
e estão disponíveis em uma ampla gama de
tipos diferentes. Os revestimentos orgânicos
são aplicados ao metal por métodos de
pulverização, imersão, escovação, folheamento
ou eletrorrevestimento (pintura aplicada por
meios de uma corrente elétrica) e eles podem
ou não requerer endurecimento a quente.
Ambos os revestimentos termoplásticos, tais
como poliamida, polipropileno, polietileno,
PVDF e PTFE e revestimentos elastômeros são
aplicados aos substratos metálicos para combinar
as propriedades mecânicas do metal com a
resistência química de plásticos, mas as tintas
são de longe os revestimentos orgânicos mais
amplamente utilizados.
Estados físicos de revestimentos orgânicos comuns
Tipo de A base A base Revesti- Liquido
resina de de mento dois
solvente água em pó componentes.
Acrílico X X X
Alquídico X X
Epóxi X X X X
Poliéster X X X
Poliuretano X X X X
Vinil X X X
Fig 1.6.25: Estados físicos de revestimentos orgânicos
comuns
74
Seção 1.6
Materiais

74. Capitulo 2. Instalação e leitura de desempenho
Seção 2.1: Instalação da Bomba
2.1.1 Nova instalação
2.1.2 Instalação-substituição existente
2.1.3 Fluxo de tubo para instalação de bomba única
2.1.4 Limitação de ruído e vibrações
2.1.5 Nível de som (L)
Seção 2.2 Desempenho das bombas
2.2.1 Termos hidráulicos
2.2.2 Termos elétricos
2.2.3 Propriedades dos líquidos

75. A recomendação e seleção corretas
do tipo de bomba para uma
instalação têm uma implicação
maior do que parece. Quanto
maiores as bombas, maiores
os custos no que diz respeito
ao investimento, instalação,
comissionamento, funcionamento
e manutenção - basicamente o
custo do ciclo de vida (LCC). Um
porftólio abrangente de produto
combinado com recomendação
competente e serviço pós-venda
é a fundação de uma seleção
correta. A análise a seguir,
recomendações e dicas são gerais
para qualquer tipo de instalação,
mas em maior parte relevantes
para as instalações de médio e
grande porte. Apresentaremos
nossas recomendações para dois
tipos de instalação: instalações
novas e existentes.
2.1.1 Instalação nova
• Se a tubulação ainda não foi
planejada, você pode basear
a seleção do tipo de bomba
em outro critério de seleção
principal, por exemplo, eficiência,
custos de investimento ou
custos do ciclo de vida (LCC).
Esses não serão cobertos nesta
seção. Entretanto, as diretrizes
gerais apresentadas também
se aplicam para tubulação que
ainda não foi planejada.
• Se a tubulação já foi planejada, a
seleção da bomba é equivalente
a substituir uma bomba numa
instalação existente.
76
2.1.2 Instalação existente – substituição
Os cinco passos a seguir o ajudarão a escolher uma bomba
ideal para uma instalação já existente:
A pré-investigação da instalação deve incluir as
seguintes considerações:
• Fluxo básico do tubo - tubos dentro e fora do edifício, por
exemplo, a partir do solo, ao longo do piso ou a partir do
teto;
• Tubulação específica no ponto de instalação, por exemplo,
em linha ou com sucção pela extremidade, dimensões,
coletores;
• Espaço disponível - profundidade, largura e altura;
• Acessibilidade em conexão com instalação e manutenção,
por exemplo, entradas das portas;
• Disponibilidade de equipamento de elevação ou,
alternativamente, acessibilidade de tais equipamentos;
• Tipo de piso, por exemplo, piso sólido ou suspenso com
porão;
• Fundação existente;
• Instalação elétrica existente.
Instalação da bomba anterior
• Marca da bomba, tipo, especificações incluindo antigo
ponto de funcionamento, vedação do eixo, materiais,
juntas, comandos;
• Histórico, por exemplo, vida útil, manutenção.
Requisitos futuros
• Melhorias desejadas e benefícios
• Novos critérios de seleção incluindo pontos de
funcionamento e tempo operacional, temperatura, pressão,
especificações do líquido
• Critérios do fornecedor, por exemplo, disponibilidade de
peças de reposição
Consultivo
• As alterações importantes podem ser benéficas em um
longo ou curto prazo, ou ambos e devem ser
documentadas, por exemplo, economias de instalação,
custos de ciclo de vida (LCC), redução sobre o impacto
ambiental como ruído e vibrações e acessibilidade em
conexão com manutenção
Seleção
• Deve ser baseada em uma lista de prioridades de acordo
com o cliente Para a seleção do correto tipo de bomba e
recomendação sobre a instalação, duas áreas principais são
importantes: escoamento e limitação de ruído e vibrações.
Essas duas áreas serão tratadas nas páginas a seguir.
Seção 2.1
Instalação da Bomba

76. 2.1.3 Escoamento num tubo para instalação de bomba única
A figura 2.1.1 baseia-se na instalação de bomba única. Em instalações paralelas a acessibilidade desem-penha
um papel importante sobre como uma escolha de bomba é boa.
O critério de avaliação é a tubulação mais simples possível, portanto com o mínimo de dobras possíveis.
Tipo de bomba
Tubulação
Para a bomba:
Junto
ao piso
Melhor escolha
Melhor escolha
Boa escolha
Boa escolha
Boa escolha
Boa escolha
Melhor escolha
Melhor escolha
Melhor escolha
Boa escolha Boa escolha
Boa escolha Boa escolha
Melhor escolha Melhor escolha
Melhor escolha
Melhor escolha
Melhor escolha
Pior escolha
Pior escolha
Pior escolha Pior escolha
Boa escolha
Melhor escolha
Boa escolha
Boa escolha
Boa escolha
Melhor escolha
Melhor escolha
Não se aplica
A partir
do chão
A. Em linha acoplagem
próxima (montagem
horizontal ou vertical)
A partir
do teto
Montada
na parede
A partir da bomba:
Junto ao piso
Para o chão
Para o teto
Junto ao piso
Para o chão
Para o teto
Junto ao piso
Para o chão
Para o teto
Montada
na parede
C. Sucção pela extremidade
acoplagem longa
(montagem horizontal
apenas) montagem
B. Sucção pela extremidade
acomplagem próxima
(montagem horizontal ou
vertical)
Pontuações:
A melhor escolha
Melhor escolha
A pior escolha
Não aplicável
Fig. 2.1.1 Tubulação e tipo de bomba
77

77. A acessibilidade desempenha um papel
importante sobre como a boa escolha de uma
bomba específica está relacionada à instalação de
várias bombas em paralelo. A acessibilidade nem
sempre é fácil para bombas em linha instaladas
em paralelo por causa da tubulação, ver figura
2.1.2. Como aparece na figura 2.1.3, as bombas de
sucção pela extremidade instaladas em paralelo
facilitam o acesso.
2.1.4 Limitação de ruído e vibrações
Para alcançar um funcionamento ideal e
minimizar o ruído e vibração, poderá ser
necessário considerar o amortecimento da
vibração da bomba em certos casos. Geralmente,
isso deve ser sempre considerado no caso de
bombas com motores acima de 7,5kW. Motores
de tamanhos menores, entretanto, também
podem causar ruído e vibração indesejados. O
ruído e a vibração são gerados pela rotação
no motor e bomba e pelo fluxo nos tubos e
conexões. O efeito sobre o ambiente depende da
correta instalação e do estado de todo o sistema.
Abaixo nós apresentaremos 3 modos diferentes
de limitar o ruído e a vibração numa instalação
de bomba: Fundação, amortecedores e junta de
expansão.
Fundação
Construções no piso podem ser divididas em dois
tipos: piso sólido e piso suspenso.
Sólido – risco de ruído mínimo devido a má
transmissão de vibrações, ver figura 2.1.4.
Suspenso – risco de o piso amplificar o ruído.
O porão pode agir como uma caixa
de ressonância. Ver figura 2.1.5.
A bomba deve ser instalada numa superfície plana
e rígida. Quatro modos básicos de instalação
existem para os dois tipos de construção de piso:
piso, pedestal, pedestal flutuante e base suspensa
em amortecedores de vibração.
Fig. 2.1.2:
3 bombas em linha em paralelo; acesso para
manutenção limitado por causa da tubulação.
Fig. 2.1.3:
3 bombas de sucção pela extremidade em
paralelo; acesso para manutenção mais fácil
por causa da tubulação.
Piso
Chão sólido
Fig. 2.1.4: Construção de piso sólido
Piso
Parede
Piso de chão
Porão
Piso
Chão sólido
Fig. 2.1.5: Construção piso suspenso
78
Seção 2.1
Instalação da Bomba

78. Piso
Montagem direta no piso, portanto transmissão
da vibração direta, ver figura 2.1.6.
Pedestal
Colocado diretamente sobre o piso de concreto,
portanto como piso, ver figura 2.1.7.
Pedestal flutuante
Apoiado sobre material inerte, por exemplo,
areia, portanto risco reduzido de transmissão
de vibração 2.1.8.
Fundação suspensa sobre
amortecedores de vibração
Solução ideal com transmissão de vibração
controlada, ver figura 2.1.9.
Como regra geral, o peso de uma fundação
de concreto deve ser 1,5 x o peso da bomba.
Esse peso é necessário para conseguir que os
amortecedores funcionem eficientemente com
a bomba em baixa velocidade.
Fig. 2.1.6: Piso
Piso Placa de base Unidade da bomba
Fig. 2.1.7: Pedestal
Piso Pedestal Placa de base Unidade da bomba
Fig. 2.1.8:
Pedestal
flutuante
Piso
Areia
Pedestal Placa de base
Unidade da bomba
Fig. 2.1.9: Fundação
suspensa sobre
amortecedores de
vibração
Piso
Amortecedores de vibração
Placa de base
Fundação
Unidade da bomba
Fig. 2.1.10: A mesma regra de fundação vale para
bombas in-line na vertical
Unidade da
bomba
Fundação
Amortecedores
de vibração
Piso
79

79. Amortecedores
A seleção do amortecedor de vibração correto
exige os seguintes dados:
• Forças agindo no amortecedor
• Velocidade do motor considerando o controle de
velocidade, se houver
• Amortecimento exigido em % (valor sugerido é
70%)
A determinação do amortecedor correto varia de
instalação a instalação, mas a seleção errada do
amortecedor pode aumentar o nível de vibração
em certos casos. Portanto, o fornecedor deve
dimensionar os amortecedores de vibração.
As bombas instaladas com amortecedores de
vibração sempre devem ter juntas de expansão
equipadas nos lados de sucção e lado e de
descarga. Isso é importante de modo a evitar que
a bomba fique suspensa nos flanges.
Juntas de expansão
As juntas de expansão são instaladas para:
• absorver expansões/contrações na tubulação
causadas pela alteração na temperatura do
líquido;
• reduzir tensões mecânicas em conexão com as
ondas de pressão na tubulação;
• isolar ruído mecânico na tubulação (não para
juntas de expansão de fole metálico).
As juntas de expansão não devem ser instaladas
para compensar imprecisões na tubulação, tais
como deslocamento do centro ou desalinhamentos
dos flanges.
As juntas de expansão são colocadas a uma
distancia mínima de 1 a 1,5 DN de diâmetro a
partir da bomba no lado da sucção, bem como no
lado da descarga. Isso evita o desenvolvimento de
turbulência nas juntas de expansão, resultando
em melhores condições de sucção e uma perda
de pressão mínima no lado da pressão. Em altas
velocidades da água (5 m/s) é melhor instalar
juntas de extensão maiores correspondentes à
tubulação.
Junta de
expansão
Placa de base
Unidade
da bomba
Piso
Amortecedores de vibração
Fig. 2.1.11: Instalação com juntas de expansão,
amortecedores de vibração e tubulação fixa.
Fundação
80
Seção 2.1
Instalação da Bomba

80. As figuras 2.1.12-2.1.14 mostram exemplos de
juntas de expansão de fole de borracha com ou
sem barra transversal.
Juntas de expansão com barras transversais podem
ser usadas para minimizar as forças causadas
pelas juntas de expansão. As juntas de expansão
com barras transversais são recomendadas para
tamanhos maiores que DN 100. Uma junta de
expansão sem barra transversal irá exercer força
nos flanges da bomba. Estas forças afetam a
bomba e a tubulação.
Os tubos devem ser fixados de modo que não
exerçam tensão sobre as juntas de expansão e a
bomba, ver figura 2.1.11. Os pontos fixos devem
sempre ser colocados o mais perto possível das
juntas. Siga as instruções do fornecedor de juntas
de expansão.
Em temperaturas acima de 100°C combinadas com
alta pressão, com frequência dá-se preferência às
juntas de expansão de fole metálico devido ao
risco de ruptura.
2.1.5 Nível de som (L)
O nível de som num sistema é medido em decibeis
(dB). Ruído é um som indesejado. O nível de ruído
pode ser medido nas três formas seguintes:
1. Pressão – Lp : A pressão das ondas de ar
2. Potência – LW : A potência do som
3. Intensidade - LI: A potência por m2 (não será
coberta nesse livro)
Não é possível comparar os três valores
diretamente, mas é possível calcular entre eles
com base nos padrões. A regra geral é:
Fig. 2.1.12: Juntas de
expansão fole borracha com
barras transversais
Fig. 2.1.13: Juntas de
expansão fole borracha
sem barras transversais
Fig. 2.1.14: Juntas de expansão fole metálica com
barras transversais
Bombas menores, por exemplo, 1,5 kW: Lw = LP + 11 dB
Bombas maiores, por exemplo, 110 kW: Lw = LP + 16 dB
120
100
80
60
40
20
20 50 100 200 500Hz1 2 5 10 20kHz
0
Frequênci
kHz
Limiar da dor
Lp (dB)
Limiar da escuta
Fala
Música
Fig. 2.1.15: Limiar da escuta vs frequência
81

81. A Diretiva de Máquina da EU prescreve que
os níveis de som têm que ser indicados como
pressão quando estiverem abaixo de 85 dB (A) e
como potência quando ultrapassarem 85 dB (A).
O ruído é subjetivo e depende da capacidade
da pessoa de ouvir, por exemplo, pessoa jovem
vs pessoa velha. Entretanto, as medidas acima
mencionadas ganham relevância de acordo
com a sensibilidade de um ouvido padrão, ver
figura 2.1.15. A pesagem é conhecida como
pesagem-A (dB(A)), expressa como por exemplo:
LpA, e as medições serão ajustadas dependendo
da frequência. Em alguns casos ela aumenta em
outros diminui, ver figura 2.1.16 Outras pesagens
são conhecidas como B e C, mas são usadas para
outras finalidades, que não cobriremos nesse
livro.
No caso de duas ou mais bombas em operação,
o nível de som pode ser calculado. Se forem
bombas com o mesmo nível de som, o nível de
som total pode ser calculado adicionando o valor
a partir da figura 2.1.17, por exemplo, 2 . bombas
é Lp + 3dB, 3 . bombas é Lp + 5dB. Se as bombas
tiverem níveis de som diferentes, os valores da
figura 2.1.18 podem ser adicionados.
As indicações de nível de som devem normalmente
ser determinadas como condições de campo livre
sobre superfície refletora, significando o nível
do som sobre chão duro sem paredes. Garantir
valores num cômodo específico num sistema de
tubos específico é difícil porque esses valores
estão além do alcance do fabricante. Certas
condições têm um impacto negativo, (nível de
som crescente) ou um impacto positivo no nível
de som. As recomendações para instalação e
fundação podem ser dadas para eliminar ou
reduzir o impacto negativo.
dB (A)
10
0
10 100 1000
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
10000 H
Fig. 2.1.16 Curva de pesagem A
Aumento nível do som Lp (dB)
4 8 12 16 20 24
15
10
5
Número de bombas iguais
Fig. 2.1.17 Aumento do nível total de pressão
do som com fontes iguais
Aumento na pressão do som Lp (dB)
2 4 6 8 10
3
2.5
2
1.5
1
0.5
Diferença entre o nível a ser adicionado Lp (dB)
Fig. 2.1.18 Aumento do nível total de
pressão sonora com diferentes fontes
Valores da experiência:
Aumento de Percebido como:
+ 3 dB Apenas perceptível
+ 5 dB Claramente perceptível
+10 dB Duas vezes mais alto
82
Seção 2.1
Instalação da Bomba

82. Seção 2.2
Desempenho das bombas
Quando você examina uma bomba, existem
várias coisas que você tem que verificar. Além
de verificar a condição física, por exemplo, se ela
está enferrujada ou faz ruído anormal, você tem
que saber alguns valores de modo a ser capaz de
dizer se a bomba funciona como se espera. Nas
próximas páginas, apresentaremos três grupos de
valores que você pode precisar para se concentrar
quando examinar o desempenho da bomba: termos
hidráulicos, condições elétricas, condições mecânicas
e propriedades do líquido.
2.2.1 Condições hidráulicas
Quando você quiser examinar o desempenho da
bomba, existem alguns valores que precisa conhecer.
Nessa seção nós apresentaremos as condições
hidráulicas mais importantes: fluxo, pressão e carga.
Fluxo (vazão)
Fluxo (vazão) é a quantidade de líquido que passa
através de uma bomba num determinado período de
tempo. Quando lidamos com leitura de desempenho,
nós distinguimos entre dois parâmetros de fluxo:
fluxo do volume e fluxo da massa.
Fluxo volumétrico (Q)
Fluxo volumétrico é o que lemos da curva de uma
bomba ou, colocado de outra forma, uma bomba pode
mover um volume por unidade de tempo (medido
em m3/h) sem importar a densidade do líquido.
Quando lidamos com, por exemplo, fornecimento
de água, o fluxo volumétrico é o parâmetro mais
importante por que precisamos que a bomba libere
certo volume, por exemplo, de água potável ou água
para irrigação. Neste livro inteiro o termo fluxo se
refere ao fluxo volumétrico.
Fluxo de massa (Qm)
O fluxo de massa é a massa que a bomba move por
unidade de tempo e é medido em kg/s. A temperatura
do líquido tem uma influência sobre o tamanho do
fluxo de massa que a bomba pode mover por unidade
de tempo uma vez que a densidade do líquido muda
com a temperatura. Em conexão com sistema de
aquecimento, refrigeração e ar-condicionado, o fluxo
de massa é um valor essencial para se conhecer por
que a massa é o transportador da energia (ver seção
sobre capacidade de Aquecimento).
Exemplos Unidade
Fig. 2.2.1: Exemplos de cálculo
Água
em 20°C em 120°C
Fluxo
volumétrico Q m 10 3/h
Densidade kg/m3 998 943
Fluxo de massa Qm
kg/h 9980 9403
kg/s 2.77 2.62
Qm
Q . Q m = ; Q =
83

83. Pressão (p)
A pressão é uma medida de força por área unitária.
Nós distinguimos entre pressão estática, pressão
dinâmica e pressão total. A pressão total é a soma da
pressão estática e da pressão dinâmica:
Pressão estática
A pressão estática psta é a pressão que é medida com o
medidor de pressão colocado perpendicular ao fluxo
ou num líquido sem movimento, ver figura 2.2.2.
12
12
Pressão Dinâmica
A pressão dinâmica pdyn é causada pela velocidade do
líquido. A pressão dinâmica não pode ser medida por
um manômetro normal, mas é calculada pela seguinte
fórmula:
12
onde:
ρ é a densidade do líquido em [kg/m3]
v é a velocidade do líquido em [m/s]
12
A pressão dinâmica pode ser convertida em pressão
estática pela redução da velocidade do líquido e
vice versa. A figura 2.2.3 mostra uma parte de um
sistema onde o diâmetro do tubo aumenta de D1 a D2,
resultando numa diminuição na velocidade do líquido
de v1 para v2. Assumindo que não há perda por fricção
no sistema, a soma da pressão estática e da pressão
dinâmica é constante por todo o tubo horizontal.
12
12
Assim, um aumento no diâmetro do tubo, como
aquele mostrado na figura 2.2.3 resulta num
aumento na altura manométrica estática medida
com o medidor de pressão p2.
Na maioria dos sistemas de bombas, a pressão
dinâmica pdyn tem um impacto menor na pressão
total. Por exemplo, se a velocidade de um fluxo de
água é 4,5 m/s, a pressão dinâmica é em torno de
0,1 bar, que é considerada insignificante em muitos
sistemas de bombeamento. Mais tarde neste capítulo,
discutiremos a pressão dinâmica em conexão com a
determinação da altura manométrica de uma bomba.
psta ptot pdyn
psta psta
ptot
ptot
Fig. 2.2.2: Como determinar a pressão estática psta,
pressão dinâmica pdyn e a pressão total ptot
p1 p2
Q
v1 v2
D2 D1
ptot
psta
pdyn
A
P
B
Fig. 2.2.3: A pressão estática aumenta se a
velocidade do líquido for reduzida. A figura se aplica
a um sistema com perda de fricção insignificante.
84
Seção 2.2
Desempenho das bombas

84. 7.3 m
H(m)
12
10
8
6
4
Duty point for water at 95°C
Duty point for water at 20°C
Duty point for brine at 20°C
Tabela de conversão para unidades de pressão
0.0968 0.1 1
Pa bar
point for diesel Salmoura 10.2 m
10.6 m
12.75 m
1 bar 1 bar 1 bar Duty 1 bar 1 bar 1 bar 1 bar
H(m)
12
10
8
6
4
H(m)
12
10
8
Duty point for water at 95°C
Duty point for water at 20°C
6
Duty point for brine at 20°C
4
2
Tabela de conversão para unidades de atm* at** 1 bar
1 atm
1 at = 1 kp/cm3
1 m H2O
1 bar 1 bar 1 bar 1 bar
Pa bar
0.0968 0.1 Tabela de conversão para unidades de pressão
Pa bar
1 Pa = 1 N/m2 10-5 1 9.87 . 10-4 750 . 10-5 1.02 . 10-4
750
1.02 . 10-5
10 5 1 0.987 1.02 10.2
1.013 . 10 5 1.013 1 1.033 10.33
760 . Duty point for diesel at 20°C
0.981 10 5 0.981 0.968 1 10
736 0.981 . 10 4
0.0981 Duty point for water at 95°C
73.6 0.0968 0.1 1
H(m)
12
10
Duty point for water at 20°C
* Atmosfera física ** Atmosfera teórica
atm* at** mH2O mmHg
1 bar
1 atm
1 at = 1 kp/cm3
1 m H2O
2
Q
Duty point for diesel at 20°C
7.3 m
10.2 m
10.6 m
1 Pa = 1 N/m2 10-5 1 9.87 . 10-4 1.02 . 1010 1 5 0.987 1.02 1.013 . 10 1.013 5 1 1.033 0.981 . 10 5 0.981 0.968 1 0.981 . 10 4
0.0981 * Atmosfera física ** Atmosfera teórica
Duty point Duty a 20°C
1300 kg/m3
1 bar = 7.3 m
Água a 20°C
997 kg/m3
1 bar = 10.2 m
7.3 m
10.2 m
10.6 m
12.75 m
8
6
Duty point for brine at 20°C
Água a 95°C
960 kg/m3
1 bar = 10.6 m
Óleo diesel a 20°C
800 kg/m3
1 bar = 12.75 m
Fig. 2.2.5: Bombeando quatro líquidos diferentes a 1
bar no lado da descarga da bomba resulta em quatro
alturas manométricas diferentes(m), por isso quatro
pontos de trabalho diferentes
Medição da pressão
A pressão é medida em, por exemplo, Pa (N/m2), bar
(105 Pa) ou PSI (Ib/in2). Quando trabalhamos com
pressão é importante saber o ponto de referencia
para a medição da pressão. Dois tipos de pressão
são essenciais em conexão com a medição de
pressão: pressão absoluta e pressão manométrica:
Pressão absoluta (pabs)
A pressão absoluta é definida como a pressão acima
do vácuo absoluto, 0 atm, que é o zero absoluto
para a pressão. Normalmente, o valor “pressão
absoluta” é usado em cálculos de cavitação.
Pressão manométrica
A pressão manométrica, com frequência
conhecida como sobrepressão, é a pressão maior
do que a pressão atmosférica normal (1 atm).
Normalmente, a pressão p é determinada como
pressão manométrica por que a maioria das
medições dos sensores e dos medidores de pressão
mede a diferença de pressão entre o sistema e a
atmosfera. Por todo esse livro o termo pressão se
refere a pressão manométrica.
Altura manométrica (H)
A altura manométrica de uma bomba é a expressão
da altura que a bomba pode elevar um líquido. A
altura manométrica é medida em metros (m) e é
independente da densidade do líquido. A fórmula a
seguir mostra a relação entre pressão (p) e a altura
manométrica (H):
onde :
H é a altura manométrica em [m]
p é a pressão em [Pa = N/m2]
ρ é a densidade do líquido em [kg/m3]
g é a aceleração da gravidade em [m/s2]
Normalmente, a pressão ρ é medida em [bar], que
é igual a 105 Pa. Entretanto, outras unidades de
pressão também são usadas também, ver figura
2.2.4.
A relação entre a pressão e a altura manométrica é
mostrada na figura 2.2.5 onde a bomba manuseia
quatro líquidos diferentes.
1 Pa = 1 N/m2 10-5 1 9.87 . 10-4 750 . 10-5 1.02 . 10-4
750
1.02 . 10-5
10 1 5 0.987 1.02 10.2
1.013 . 10 1.013 760 5 1 1.033 10.33
0.981 . 10 0.981 736 5 0.968 1 10
0.981 . 10 0.0981 73.6 4
* Atmosfera física ** Atmosfera teórica
atm* at** mH2O mmHg
1 bar
1 atm
1 at = 1 kp/cm3
1 m H2O
2
Q
Duty point for diesel at 20°C
Fig. 2.2.4: Tabela de conversão para unidades de pressão
85
12
12

85. v1 p1 D1
v2
Fig. 2.2.6: Bomba padrão com sucção na
extremidade com diferença de dimensão na
sucção e portas de descarga
Como determinar a altura manométrica
A altura manométrica da bomba é determinada
pela leitura da pressão nos flanges da bomba p2,
p1 e depois a conversão dos valores em altura
manométrica - ver figura 2.2.6. Entretanto, se uma
diferença geodésica na altura manométrica estiver
presente entre dois pontos de medição, como é
o caso na figura 2.2.6, é necessário compensar a
diferença. Além disso, se as dimensões da porta dos
dois pontos de medição diferirem uma da outra,
a altura manométrica real também tem que ser
corrigida para este.
12
12
12
A altura manométrica da bomba real H é calculada
pela seguinte fórmula:
12
12
onde :
H é a altura manométrica real da bomba em [m]
p é a pressãonos flanges em [Pa = N/m2]
ρ é a densidade do líquido em [kg/m3]
g é a aceleração da gravidade em [m/s2]
h é a altura geodésica em [m]
v é a velocidade do líquido em [m/s]
12
A velocidade do liquido v é calculada
pela seguinte fórmula:
onde:
v é a velocidade do líquido em [m/s]
Q é o fluxo volumétrico em [m3/s]
D é o diâmetro da porta em [m]
Combinando estas duas fórmulas, a altura
manométrica H depende dos seguintes fatores: As
medições de pressão p1 e p2, a diferença em altura
geodésica entre os pontos de medição (h2-h1), o
fluxo através da bomba Q e o diâmetro das duas
portas D1 e D2.
A correção devida à diferença no diâmetro da porta
é causada pela diferença na pressão dinâmica. Em
vez de calcular a correção a partir da fórmula, a
contribuição pode ser lida num nomograma, ver
apêndice F.
h2 h1
D2
p2
h2 - h1 = 355 mm
D1 = 150 mm
v1 = 3.77 m/s2
D2= 125 mm
p1 = 0.5 bar
v2 = 5.43 m/s2
p2 = 1.1 bar
86
Seção 2.2
Desempenho das bombas

86. Exemplo de cálculo
Uma bomba do mesmo tipo que aquela mostrada
na figura 2.2.7 está instalada num sistema com
os seguintes dados:
12
Q = 240 m3/h
p1 = 0.5 bar
p2 = 1.1 bar
Líquido: Água a 200C
Diâmetro da porta de sucção D1 = 150 mm
Diâmetro da porta de descarga D2 = 125 mm.
A diferença na altura entre as duas portas onde
os manômetros de pressão estão instalados é
h2-h1 = 355 mm.
Agora somos capazes de calcular a altura
manométrica da bomba:
Como resulta do cálculo, a diferença de pressão
medida por manômetros de pressão é de cerca
de 1,1 m inferior ao que a bomba está realmente
executando. Isso pede uma explicação. Primeiro,
o desvio é causado pela diferença em altura entre
os manômetros de pressão (0,36m) e segundo, é
causado pela diferença de dimensões da porta,
que neste caso é 0,77m.
v1 p1 D1
v2
D1 = 150 mm
D2= 125 mm
Fig. 2.2.7: Bomba padrão com sucção na extremidade
com diferentes dimensões de sucção e portas de
descarga (exemplo)
12
12
12
12
12
h2 h1
D2
p2
h2 - h1 = 355 mm
v1 = 3.77 m/s2
p1 = 0.5 bar
v2 = 5.43 m/s2
p2 = 1.1 bar
87

87. p2
Fig.2.2.8: A pressão do sistema Hsta num sistema
fechado tem que ser mais alta do que a altura
física da instalação
Se os manômetros de pressão forem colocados na
mesma altura geodésica, ou se um manômetro de
pressão diferencial for usado para as medidas, não
é necessário compensar para a diferença em altura
(h2-h1). Em conexão com bombas em linha, onde
a entrada e a saída estão colocadas no mesmo
nível, as duas portas com frequência têm o mesmo
diâmetro. Para estes tipos de bomba uma fórmula
simplificada é usada para determinar a altura
manométrica:
Pressão diferencial (Δp)
A pressão diferencial é a diferença de pressão entre
as pressões medidas nos dois pontos, por exemplo,
a pressão cai através da válvulas num sistema.
A pressão diferencial é medidas nas mesmas
unidades que a pressão.
Pressão do sistema
A pressão do sistema é a pressão estática, que
está presentes num ponto no sistema, quando
as bombas não estiverem em funcionamento. A
pressão do sistema é importante para considerar
quando você trabalha com um sistema fechado.
A pressão do sistema em (m) Hsta no ponto mais
inferior deve sempre ser mais alta do que a altura
do sistema de modo a garantir que o sistema
esteja cheio de líquido e pode ser ventilado
adequadamente.
h
Refrigerador seco
Refri-gerador
Hsyst h
Hsyst
88
Seção 2.2
Desempenho das bombas
p1
h1 h2
Fig.2.2.7.a: Bomba em linha com a mesma altura
geodésica na entrada e na saída. h2 = h1

88. H
Pressão do vapor
a = Frente das pás do
rotor
b = Parte de trás das pás
do rotor
Bolhas de vapor
implodindo
a = Frente das pás
do rotor
b = Parte de trás
das pás do rotor
a
b
Fig.: 2.2.10: Desenvolvimento da pressão através de uma
bomba centrifuga
Q
a
p
p1
Entrada do rotor Saída do ro
NPSH
H
Q
H
Pressão [Pa]
Fig.: 2.2.12: curva NPSH
Cavitação e NPSH
A cavitação ocorre em algum lugar na bomba
quando a pressão é menor do que a pressão do
vapor do líquido, ver figuras 2.2.9 e 2.2.10.
Quando a pressão no lado da sucção cai abaixo
da pressão do vapor do líquido (figura 2.210
ponto amarelo), pequenas bolhas de vapor se
formam. Estas bolhas cedem (implodem) quando
a pressão sobe (figura 2.2.10 ponto vermelho) e
libera ondas de choque. Consequentemente, os
impulsores podem ser danificados pela energia
liberada. A taxa do dano ao impulsor depende
das propriedades do material. O aço inoxidável
é mais resistente à cavitação do que o bronze e
o bronze é mais resistente à cavitação do que o
ferro fundido, ver seção 1.6.3.
A cavitação diminui o fluxo (Q) e a altura
manométrica (H), o que leva a desempenho
H
reduzido da bomba, ver figura 2.2.11. O dano
devido à cavitação com frequência apenas é
detectado quando a bomba é desmontada.
Além disso, a cavitação causa aumento de ruído
e vibrações, o que pode consequentemente
danificar os rolamentos, retentores de eixo e
soldas.
Cálculo do risco de cavitação
Para evitar a cavitação, a seguinte fórmula é
usada para calcular a altura manométrica de
sucção máxima:
hmax – Altura manométrica máxima de sucção
Hb – pressão atmosférica no local da bomba;
esta é a elevação de sucção máxima teórica, ver
figura 2.2.13
Hf – Perda de fricção no tubo de sucção
NPSH = Altura manométrica de sucção positiva
líquida (é para ser lida na curva NPSH no fluxo
operacional mais alto) ver figura 2.2.12.
Q
Q
NPSH
H
Q
H
Curva
quando a
bomba cavita
b
Fig.: 2.2.11: Curva da bomba quando a bomba cavita
89
Fig.: 2.2.9: Implosão das bolhas de cavitação na
parte de trás das pás do rotor

89. O valor NPSH indica em que medida a bomba não
é capaz de criar vácuo absoluto, isto é para levantar
uma coluna cheia de água 10,33 m acima do nível
do mar, ver figura 2.2.13.
NPSH pode ser chamada de NPSHr (requisitada)
ou NPSHa (disponível).
NPSHrequisitada A altura manométrica de sucção
requerida para a bomba
NPSHdisponível Altura manométrica de sucção
disponível no sistema disponivel
O valor NPSH de uma bomba é determinado
pelo teste de acordo com isso 9906 e pe feito
da seguinte maneira. A altura manométrica de
sucção é reduzida enquanto o fluxo é mantido
em nível constante. Quando a pressão diferencial
diminuiu até 3%, a pressão no lado sucção da
bomba é lida; e o valor NPSH da bomba é definido.
O teste é repetido em diferentes fluxos, o que
forma a base da curva NPSH no final.
Colocado de outra forma: Quando a curva NPSH
é atingida, o nível de cavitação é tão alto que a
altura manométrica da bomba diminuiu em 3%.
Hv – Pressão do vapor do líquido; para maiores
informações relativas à pressão do vapor da água,
vá ao apêndice D.
Hs – Fator de segurança. Hs depende da situação
e normalmente varia entre 0,5m e 1 m e para
líquidos contendo gás até 2 m, ver figura 2.2.15.
2.2.2 Condições Elétricas
Quando você quer examinar o desempenho da
bomba, precisa conhecer uma gama de valores.
Nesta seção apresentaremos os valores elétricos
mais importantes: consumo de energia, tensão,
corrente e fator de energia.
Pressão
barométrica
p
b
(bar)
Coluna de
água
H
b
(m)
1.013 10.33
0.935
9.73
9.16
8.10
Fig.: 2.2.13: Pressão barométrica acima do nível do mar
NPSH
Hv
0.899
0.795
Liquido com ar
Q [m3/s]
H [m]
Altura acima
do nível do
NPSH
Ponto de
ebulição
da água (°C)
Liquido deslo
Hf
Hf
Hb
h
140
140
100
100
45
40
35
30
1,5
mar (m)
0
500
1000
2000
100
99
96
93
Fig.: 2.2.15: Curva NPSH típica para líquido contendo gás
45
40
35
30
20
15
12
10
8,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,5
1,0
0,8
0,6
0,4
0,3
0,2
0,1
120
110
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Hv
(m)
tm
(°C )
150
130
25
NPSH
Hb
h
Hv
20
15
12
10
8,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,8
0,6
0,4
0,3
0,2
0,1
120
110
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Hv
(m)
tm
(°C )
150
130
25
Fig.: 2.2.14: Sistema com indicação de valores diferentes
que são importantes na conexão com cálculos de sucção
90
Seção 2.2
Desempenho das bombas

90. Consumo de energia(P)
As bombas são feitas de vários componentes, ver
figura 2.2.16. O consumo de energia de diferentes
componentes é designado da seguinte maneira:
P1 A entrada de energia da rede ou, dito de outra
forma, a quantidade de energia que o
consumidor terá que pagar
P2 A entrada de energia para a bomba ou a saída
de energia a partir do motor. Muitas vezes
conhecida como energia do eixo;
PH Energia hidráulica - a energia que a bomba
transfere para o líquido na forma de fluxo e
altura manométrica.
Para os tipos de bomba mais comuns, o termo
consumo de energia normalmente se refere a P2.
A energia é medida em W, kW.
Eficiência(η)
A eficiência em conexão com bombas
normalmente cobre apenas a eficiência da peça da
bomba nP. A eficiência da bomba é determinada
por vários fatores, por exemplo, a forma da
carcaça da bomba, o projeto do rotor e difusor e a
aspereza da superfície. Para unidades de bombas
típicas consistindo de bomba e motor elétrico, a
eficiência total nT também inclui a eficiência do
motor:
Se um conversor de frequência também for
incluído, a eficiência da unidade inteira também
tem que incorporar a eficiência do conversor de
frequência:
P1
P2
PH
Fornecimento
a partir da rede
Fig. 2.2.16: Unidade de bomba com indicação de
níveis diferentes de consumo de energia
91

91. Tensão (U)
Como a pressão conduz o fluxo através de um
sistema hidráulico, a tensão conduz a corrente (I)
através de um circuito elétrico. A tensão é medida
em volts (V) e pode ser tanto corrente direta
(CD), por exemplo, bateria de 1,5 V - ou corrente
alternada (CA), por exemplo, fornecimento de
eletricidade para casas, etc. Normalmente as
bombas são fornecidas com fornecimento de
tensão CA. O leiaute da fonte de alimentação
CA difere de um país para o outro. No entanto, o
leiaute mais comum é o de quatro fios com três
fases (L1, L2, L3) e um neutro (N). Além destes
quatro fios, a ligação ao terra (PE) também é
adicionada ao sistema, ver figura 2.217.
Para uma alimentação elétrica 3 x 400V/230V,
a tensão entre qualquer das duas da fases (L1,
L2, L3) é 400V. A tensão entre uma das fases e o
neutro (N) é 230V. A razão entre a tensão fase-fase
e a tensão fase-neutro é determinada pela
formula à direita:
Corrente (I)
A corrente é o fluxo de eletricidade e é medida
em ampere (A). A quantidade de corrente em um
circuito elétrico depende da tensão fornecida e
da resistência/impedância no circuito elétrico.
Energia (P) e fator de potência (cosø ou PF)
O consumo de energia é realmente de grande
importância quando se trata de bombas. Para
bombas com motores padrão CA, a entrada de
energia é encontrada pela medição da tensão
de entrada e corrente de entrada e pela leitura
do valor cosø na placa do motor/bomba. cosø é
o ângulo da fase entre tensão e corrente. cosø
também é conhecido como fator de potência
(PF). O consumo de energia P1 pode ser calculado
pelas fórmulas mostradas à direita dependendo
se o motor é monofásico ou motor trifásico..
L1
L2
L3
N
PE
Fornecimento
trifásico 400V
Fornecimento
monofásico 230V
}
}
Fig. 2.2.17: Fornecimento da rede, ex.: 3 x 400 V
Motor monofásico CA, ex. 1 x 230V
Motor trifásico CA, ex. 3 x 400V
92
Seção 2.2
Desempenho das bombas
A tensão entre qualquer das duas fases (L1,L2,L3)
é para uma alimentação elétrica 3x400V/230V,
400V.
A tensão entre uma das fases e o neutro (N) é
230 V. A razão entre a tensão fase-fase e a tensão
fase-neutro é:
Ufase-fase = √3 . Ufase-neutro

92. 2.2.3 Propriedades do líquido
Quando você estiver fazendo seus cálculos de
sistema, existem três propriedades que você
pode precisar saber sobre o liquido de modo
a fazer os cálculos corretos: a temperatura do
líquido, a densidade e a capacidade térmica.
Temperatura do líquido (t,T)
A temperatura do líquido é medida em °C
(Celcius), K (Kelvin) ou °F (Fahrenheit). °C
e K são realmente a mesma unidade, mas
0°C é o ponto de congelamento da água
e 0K é o zero absoluto que é -273.15°C - a
temperatura mais baixa possível. O cálculo
entre Fahreinheit e Celsius é: °F = °C . 1.8 + 32,
portanto, o ponto de congelamento da água
é 0°C e 32°F e o ponto de ebulição é 100°C
e 212°F.
Densidade do líquido (ρ)
A densidade é medida em kg/m3 or kg/dm3.
Ver apêndice L.
Capacidade térmica do líquido (Cp)
A capacidade térmica nos diz quanto
de energia adicional um líquido pode
conter por massa quando aquecido. A
capacidade térmica do líquido depende da
temperatura, ver figura 2.2.18. Esta é usada
em sistema para transportar energia, por
exemplo, aquecimento, ar-condicionado
e arrefecimento. Líquidos misturados, por
exemplo, glicol e água para ar-condicionado
têm uma capacidade térmica mais baixa
do que água pura, portanto, fluxo mais alto
é requisitado para transportar a mesma
quantidade de energia.
kJ/kgK kcal/kgK
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
93
4.4
4.0
3.6
3.2
2.8
2.4
2.0
0% água pura
20%
34%
44%
52%
-40 -20 0 20 40 60 80 100 120°C
Fig. 2.2.18: Capacidade térmica vs
temperatura para etileno glicol

93. Capitulo 3: Sistema hidráulico
Seção 3.1: Características do sistema
3.1.1 Resistências individuais
3.1.2 Sistemas fechados e abertos
Seção 3.2: Bombas conectadas em
séries e paralelo
3.2.1 Bombas em paralelo
3.2.2 Bombas conectadas em séries

94. Seção 3.1
Características do Sistema
Anteriormente na seção 1.1.2 discutimos
as características básicas das curvas de
desempenho da bomba. Neste capítulo vamos
examinar a curva de desempenho da bomba
em diferentes condições de funcionamento
bem como uma característica típica do sistema.
Finalmente, vamos nos concentrar na interação
entre uma bomba e um sistema.
Uma característica do sistema descreve a
relação entre o fluxo Q e a altura manométrica
H no sistema. A característica do sistema
depende do tipo de sistema em questão. Nós
distinguimos entre dois tipos: sistemas fechado
e aberto.
• Sistemas fechados
São sistemas de circulação como sistemas de
aquecimento ou condicionamento de ar, onde a
bomba tem de superar as perdas de fricção nos
tubos, conexões, válvulas, etc. no sistema.
• Sistemas abertos
São sistemas de transporte de líquido como
sistemas de fornecimento de água. Em tais
sistemas a bomba tem que lidar com altura
manométrica estática e superar as perdas
fricção nos tubos e componentes.
Quando a característica do sistema é desenhada
no mesmo sistema de coordenadas como a
curva da bomba, o ponto de funcionamento da
bomba pode ser determinado como ponto de
intersecção das duas curvas, ver figura 3.1.1.
Os sistemas aberto e fechado consistem de
resistências (válvulas, tubos, permutador de
calor, etc.) conectadas em série ou em paralelo
que afetam totalmente a característica do
sistema.
No entanto, antes de continuarmos nossa
discussão sobre sistemas aberto e fechado,
iremos descrever brevemente como essas
resistências afetam a característica do sistema.
Característica
da bomba
Ponto de
funcionamento
Característica
do sistema
Fig. 3.1.1: O ponto de intersecção entre a curva da
bomba e as características do sistema é o ponto de
funcionamento da bomba
96

95. 3.1.1 Resistências únicas
Cada componente em um sistema constitui uma
resistência contra o fluxo de líquido que leva
a uma perda de altura manométrica através
de cada um dos componentes no sistema. A
seguinte fórmula é usada para calcular a perda
de carga ΔH:
ΔH = k . Q2
k é uma constante, que depende do componente
em questão e Q é o fluxo através do componente.
Como aparece a partir da fórmula, a perda da
altura manométrica é proporcional ao fluxo na
segunda potência. Então se for possível reduzir
o fluxo num sistema, uma redução substancial
da perda de pressão ocorre.
Resistências conectadas em série
A perda total da altura manométrica num
sistema consistindo de vários componentes
conectados em série é a soma das perdas de
altura manométrica que cada componente
representa. A figura 3.1.2 mostra um sistema
consistindo de uma válvula e um permutador
de calor. Se não considerarmos a perda de
altura manométrica na tubulação entre os
dois componentes, a perda total da altura
manométrica ΔHtot é calculada pela adição das
duas perdas de altura manométrica:
ΔHtot = ΔH1 + ΔH2
Além disso, a figura 3.1.2 mostra como a
curva resultante parecerá e como o ponto de
funcionamento será se o sistema for um sistema
fechado com apenas esses dois componentes.
Como aparece na figura, a característica
resultante é encontrada somando-se as perdas
de altura manométrica individuais ΔH em um
dado fluxo Q. Da mesma forma, a figura mostra
que quanto maior a resistência no sistema, mais
íngreme a curva resultante do sistema será.
Válvula
Permutador
de calor
Bomba
Característica resultante
Válvula
Permutador de calor
Fig. 3.1.2: A perda de altura manométrica para dois
componentes conectados em série é a soma das duas
perdas de cabeça manométrica individuais
97

96. Resistências conectadas em paralelo
Contrariamente a conectar componentes em
série, conectar componentes em paralelo resulta
em uma característica de sistema mais plano. A
razão é que componentes instalados em paralelo
reduzem a resistência total no sistema e assim a
perda de altura manométrica.
A pressão diferencial através dos componentes
conectados em paralelo é sempre a mesma. A
característica resultante do sistema é defina
adicionando a taxa de fluxo individual de todos
os componentes para um ΔH específico. A figura
3.1.3 mostra um sistema com uma válvula e um
permutador de calor conectado em paralelo.
O fluxo resultante pode ser calculado pela seguinte
fórmula para a perda de altura manométrica
carga equivalente a ΔH:
Q tot = Q 1 + Q2
3.1.2 Sistemas fechado e aberto
Como mencionado anteriormente, os sistemas de
bomba são divididos em dois tipos de sistemas
básicos: sistemas fechado e aberto. Nesta seção,
examinaremos as características básicas destes
sistemas.
Sistemas fechados
Normalmente, sistemas fechados são sistemas
que transportam energia térmica em sistemas
de aquecimento, sistemas de condicionamento
de ar, sistemas de arrefecimento de processos,
etc. Uma característica comum destes tipos de
sistema fechados é que o líquido é circulado e é
o transportador da energia térmica. A energia
térmica é de fato o que o sistema tem que
transportar
Os sistemas fechados são caracterizados como
sistemas com bombas que apenas têm que
superar a soma das perdas por atrito, que são
geradas por todos os componentes. A figura 3.1.4
mostra um desenho esquemático de um sistema
fechado onde uma bomba tem que circular água
de um aquecedor através de uma válvula de
controle para um permutador de calor.
Válvula
Permutador
de calor
Característica resultante
Bomba
Válvula
Permutador de calor
Fig. 3.1.3: Componentes conectados em paralelo
reduzem a resistência no sistema e resulta numa
característica de sistema mais plana
Válvula
Fig. 3.1.4: Desenho esquemático de
um sistema fechado
Permutador
de calor
Bomba
Característica resultante
Aquecedor
98
Seção3.1
Características do Sistema

97. Todos estes componentes juntos com os tubos
e conexões resultam numa característica de
sistema como aquele mostrado na figura 3.1.5.
A pressão exigida num sistema fechado (que
a curva de sistema ilustra) é uma parábola
começando no ponto (Q,H) = (0,0) e é calculada
pela seguinte fórmula:
H = k . Q2
Como a fórmula e a curva indicam, a perda de
pressão aproxima-se de zero quando o fluxo cai.
Sistemas abertos
Os sistemas abertos são aqueles onde a bomba
é usada para transportar líquido de um ponto a
outro, por exemplo, sistemas de fornecimento
de água, sistemas de irrigação, sistemas de
processo industrial. Em tais sistemas a bomba
tem que ligar com altura manométrica
geodésica do líquido e superar as perdas de
atrito nos canos e componentes do sistemas.
Nós fazemos a distinção entre dois tipos de
sistema aberta:
• Os sistemas abertos onde a elevação
geodésica
total exigida é positiva.
• Os sistemas onde a elevação geodésica total
exigida é negativa.
Sistema aberto com carga
geodésica positiva
A figura 3.1.6 mostra um sistema aberto típico
com elevação geodésica positiva. Uma bomba
tem que transportar água de um reservatório
intermediário ao nível do chão até um tanque
de teto na parte superior de um prédio. Em
primeiro lugar, a bomba tem que fornecer
uma altura manométrica maior do que a altu-ra
manométrica geodésica da água (h). Em
segundo lugar, a bomba tem que fornecer a
altura manométrica necessária para superar a
perda total por atrito entre os dois tanques na
tubulação, conexões, válvulas, etc (Hf). A perda
de pressão depende da quantidade de fluxo,
ver figura 3.1.7.
Válvula
Permutador
de calor
Bomba
Característica resultante
Aquecedor
Fig. 3.1.5: A característica de sistema para um sistema
fechado é uma parábola começando no ponto (0,0)
Tanque de teto
Reservatório intermediário
Tanque de teto
Fig. 3.1.6: Sistema aberto com elevação geodésica positiva
Característica resultante
Q Q 1
Reservatório intermediário
Bomba
Característica resultante
Q Q 1
Bomba
Fig. 3.1.7: Sistema característico junto com a curva
de desempenho da bomba para o sistema aberto na
figura 3.1.6
99

98. Seção 3.1
Características do Sistema
A figura mostra que num sistema aberto não
há fluxo de água se a altura manométrica
máxima (Hmax) da bomba é menor do que a altura
manométrica geodésica (h). Apenas quando H h,
a água começará a fluir do tanque intermediário
para o tanque de teto. A curva de sistema também
mostra que quanto menor a taxa de fluxo, menor
a perda de atrito (Hf) e consequentemente menor
o consumo de energia da bomba.
Assim, o fluxo (Q1) e o tamanho da bomba têm
que corresponder à necessidade para o sistema
específico. Isto é de fato uma regra geral para
sistemas de transporte de líquidos: um fluxo maior
conduz a uma perda de pressão mais elevada,
enquanto que um fluxo menor conduz a uma
menor perda de pressão e, consequentemente,
um menor consumo de energia.
Sistema aberto com elevação geodésica
negativa
Um exemplo típico de um sistema aberto com
altura manométrica exigida negativa é um
sistema de reforço de pressão, por exemplo,
num sistema de fornecimento de água. A altura
manométrica geodésica (h) a partir do tanque
de água leva água ao consumidor - a água flui,
embora a bomba não esteja funcionando. A
diferença de altura entre o nível do líquido no
tanque e a altitude da saída de água (h) resulta
num fluxo equivalente a Qo. Entretanto, a altura
manométrica é insuficiente para garantir o fluxo
requisitado (Q1) ao consumidor. Portanto, a bomba
tem que impulsionar a altura manométrica para o
nível (H1) de forma a compensar a perda por atrito
(Hf) no sistema. O sistema é mostrado na figura
3.1.8 e a característica do sistema junto com a
curva de desempenho da bomba são mostradas
na figura 3.1.9.
A característica do sistema resultante é uma curva
parabólica começando nos eixos H no ponto (0,-h).
O fluxo no sistema depende do nível do líquido no
tanque. Se reduzirmos o nível no tanque, a altura
(h) é reduzida. Isto resulta numa característica
de sistema modificada e num fluxo reduzido no
sistema, ver 3.1.9.
Tanque
Fig. 3.1.8: Sistema aberto com elevação geodésica
negativa
Bomba
Característica de sistema a
nível do tanque reduzido
Característica resultante
Bomba
Característica de sistema a
nível do tanque reduzido
Característica resultante
Tanque
Fig. 3.1.9: característica de sistema junto com a curva
de desempenho da bomba para sistema aberto na
figura 3.1.8
100

99. Para ampliar o desempenho total da bomba
em um sistema, as bombas normalmente são
conectadas em série ou em paralelo. Nesta seção
nos concentraremos nestas duas formas de
conexão de bombas.
3.2.1 Bombas em paralelo
Bombas conectadas em paralelo normalmente
são usadas quando
• o fluxo necessário é superior àquele que uma
única bomba poderia suportar
• o sistema possuir requisitos de fluxo variáveis
e quando estes requisitos forem atendidos por
meio do ligamento e desligamento de bombas
conectadas em paralelo.
Normalmente, as bombas conectadas em paralelo
são de tipo e tamanho similares. Entretanto, as
bombas podem ter tamanhos diferentes ou uma
ou diversas bombas podem ser controladas por
velocidade e, portanto, terem diferentes curvas
de desempenho.
Para evitar a circulação por derivação em
bombas que não estejam operando, uma válvula
antirretorno é conectada em série em cada uma
das bombas. A curva de desempenho resultante
para um sistema consistindo de diversas bombas
em paralelo é determinada pela adição de
fluxo que as bombas fornecem em uma altura
manométrica total (AMT) específica.
A figura 3.2.1 exibe um sistema com duas bombas
idênticas conectadas em paralelo. A curva de
desempenho total do sistema é determinada pela
adição de Q1 e Q2 para cada valor de AMT que é o
mesmo para ambas as bombas, H1 = H2.
Uma vez que as bombas são idênticas, a curva da
bomba resultante terá a mesma AMT Hmax mas
o fluxo máximo Q é duas vezes maior. Para cada
valor de AMT o fluxo Qmax será o dobro que para
uma única bomba em operação:
Q = Q1 + Q2 = 2 Q1 = 2 Q2
Fig. 3.2.1: Duas bombas conectadas em paralelo
com curvas de desempenho similares
101
Seção 3.2
Bombas conectadas em série e
em paralelo

100. Seção 3.2
Bombas conectadas em série e em paralelo
A figura 3.2.2 mostra duas bombas de tamanhos
diferentes conectadas em paralelo. Ao adicionar
Q1 e Q2 a uma determinada AMT H1=H2, a curva de
desempenho resultante é definida. A área tracejada
na figura 3.2.2 demonstra que P1 é a única bomba a
abastecer naquela área específica, uma vez que ela
possui AMT superior a P2.
Bombas controladas por velocidade
conectadas em paralelo
A combinação de bombas conectadas em paralelo
e bombas controladas por velocidade é uma forma
bastante útil de atingir um desempenho de bomba
eficiente quando houver variação de demanda
de fluxo. O método é comum na conexão com
sistemas de abastecimento de água/ aumento de
pressão. Mais adiante no capítulo 4, discutiremos
mais detalhadamente as bombas controladas por
velocidade.
Um sistema de bombeamento consiste de duas
bombas controladas por velocidade com a mesma
curva de desempenho cobre uma ampla faixa de
desempenho, veja a figura 3.2.3. Uma única bomba é
capaz de cobrir o desempenho de bomba necessário
até Q1. Acima Q1 as duas bombas devem operar para
atender o desempenho exigido. Se ambas as bombas
estiverem operando na mesma velocidade as curvas
de bombeamento resultantes serão semelhantes às
curvas laranja exibidas na figura 3.2.3.
Observe que o ponto de operação indicado em Q1
é obtido com uma bomba operando em velocidade
total. Entretanto, o ponto de operação também
pode ser alcançado quando duas bombas estiverem
operando em velocidade reduzida. Esta situação
é exibida na figura 3.2.4 (curvas laranja). A figura
também compara as duas situações em relação à
eficiência. O ponto de operação para uma única
bomba operando em velocidade total resulta em
uma eficiência de bomba ruim principalmente por
que o ponto de operação está localizado longe da
curva da bomba. A eficiência total é muito superior
quando as duas bombas operam em velocidade
reduzida, embora a eficiência máxima das bombas
diminui levemente em velocidade reduzida.
Mesmo que uma única bomba seja capaz de
manter o fluxo e AMT necessários, algumas vezes é
necessário utilizar as duas bombas ao mesmo tempo
por uma questão de eficiência e, portanto, consumo
de energia. A decisão de quando operar com uma
ou duas bombas depende das características do
sistema real e do tipo de bomba em questão.
Somente P1 contribuirá nesta área
Somente P1 contribuirá nesta área
Fig 3.2.2: Duas bombas conectadas em paralelo
com curvas de desempenho diferentes
Característica
do sistema
Característica
do sistema
Fig. 3.2.3: Duas bombas controladas por velocidade
conectadas em paralelo (mesmo tamanho). A curva
laranja exibe o desempenho em velocidade reduzida
P1 + P2
P1 ou P2 velocidade reduzida
Fig. 3.2.4: Uma bomba em velocidade total
comparada a duas bombas em velocidade reduzida.
Neste caso as duas bombas possuem a eficiência
total superior
102

101. 3.2.2. Bombas conectadas em série
Normalmente, bombas conectadas em série
são usadas em sistemas onde alta pressão
é necessária. Este também é o caso de
bombas multiestágio que são baseadas no
princípio em série, ou seja, um estágio é
igual a uma bomba. A figura 3.2.5 exibe
a curva de desempenho de duas bombas
idênticas conectadas em série. A curva de
desempenho resultante é feita pela marcação
da AMT dupla para cada valor de fluxo no
sistema de coordenadas. Isto resulta em
umca curva com ATM dupla (2-Hmax) e o
mesmo fluxo máximo (Qmax) conforme cada
uma das bombas únicas.
A Figura 3.2.6 exibe duas bombas de tamanhos
diferentes conectadas em série. A curva de
desempenho resultante é encontrada por meio
da adição de H1 e H2 em um determinado fluxo
comum Q1=Q2.
A área tracejada na figura 3.2.6 demonstra que
P2 é a única bomba a abastecer naquela área
específica porque ela possui um fluxo máximo
superior à P1.
Conforme discutido na seção 3.2.1, bombas
diferentes podem ser uma combinação de
bombas de diferentes tamanhos ou de uma ou
diversas bombas controladas por velocidade.
A combinação de uma bomba de velocidade
fixa e uma bomba controlada por velocidade
conectadas em série é frequentemente usada
em sistemas onde uma pressão alta e constante
é necessária. A bomba de velocidade fixa
abastece o líquido para a bomba controlada
por velocidade cuja saída é controlada por um
transmissor de pressão PT, ver figura 3.2.7.
Fig. 3.2.5: Duas bombas de mesmo tamanho
conectadas em série
Somente a P2
contribuirá nessa área
Somente a P2
contribQuirá nessa área
Fig. 3.2.6: Duas bombas de tamanhos diferentes
conectadas em série
Q
Controlador
de velocidade
Fig. 3.2.7: Uma bomba de velocidade fixa e uma bomba
controlada por velocidade, ambas do mesmo tamanho,
conectadas em série. Um transmissor de pressão PT
juntamente com um controlador de velocidade verifica
se a pressão é constante na saída da P2.
103

102. Capítulo 4. Ajuste de desempenho das bombas
Seção 4.1: Ajuste de desempenho da bomba
4.1.1 Controle por estrangulamento
4.1.2 Controle de derivação
4.1.3 Modificação de diâmetro do rotor
4.1.4 Controle de velocidade
4.1.5 Comparação de métodos de ajuste
4.1.6 Eficiência geral do sistema de bombas
4.1.7 Exemplo: Consumo de energia relativa
quando o fluxo é reduzido em 20%
Seção 4.2: Soluções de bomba controlada
por velocidade
4.2.1 Controle de pressão constante
4.2.2 Controle de temperatura constante
4.2.3 Pressão diferencial constante em um sistema
de circulação
4.2.4 Controle de pressão diferencial compensado
por fluxo
Seção 4.3: Vantagens do controle
de velocidade
Seção 4.4: Vantagens das bombas com
conversor de frequência integrado
4.4.1 Curvas de desempenho de bombas controladas
por velocidade
4.4.2 Bombas controladas por velocidade em diferentes
sistemas
Seção 4.5: Conversor de frequência
4.5.1 Função básica e características
4.5.2 Componentes do conversor de frequência
4.5.3 Condições especiais relativas aos conversores
de frequência

103. Seção 4.1
Ajuste de desempenho da bomba
Ao selecionar uma bomba para uma
determinada aplicação é importante
selecionar aquela onde o ponto de operação
está na área de alta eficiência da bomba.
Caso contrário, o consumo de energia da
bomba será desnecessariamente alto. Ver
figura 4.1.1.
Entretanto, algumas vezes não é possível
selecionar uma bomba que se adeque ao
ponto de operação ótimo uma vez que os
requisitos do sistema ou a curva do sistema
são alterados ao longo do tempo.
Portanto, pode ser necessário ajustar
o desempenho da bomba para que ela
atenda os requisitos alterados.
Os métodos mais comuns de mudança de
desempenho de bomba são:
• Controle por estrangulamento
• Controle de derivação
• Modificação do diâmetro do rotor
• Controle de velocidade
A seleção de um método de ajuste de
desempenho de bomba baseia-se em
uma avaliação do investimento inicial
juntamente com os custos operacionais
da bomba. Todos os métodos podem
ser executados continuamente durante
operação independentemente da
modificação do método-diâmetro do
rotor. Frequentemente, as bombas
superdimensionadas são selecionadas
para o sistema e, portanto, é necessário
limitar o desempenho, antes de tudo, da
taxa de fluxo e em algumas aplicações a
altura manométrica máxima.
Nas páginas seguintes você poderá ler
sobre os quatros métodos de ajuste.
Fig.: 4.1.1: Ao selecionar uma bomba é importante
selecionar uma cujo ponto de operação esteja dentro da
área de alta eficiência.
H
[m]
50
40
30
20
10
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Q [m3/h]
106

104. 4.1.1 Controle por estrangulamento
Uma válvula de estrangulamento é posicionada
em série com a bomba possibilitando o ajuste do
ponto de operação. O estrangulamento resulta em
uma redução de fluxo, ver figura 4.1.2. A válvula de
estrangulamento acrescenta resistência ao sistema e
eleva a curva do sistema para uma posição superior.
Sem a válvula de estrangulamento, o fluxo é Q2. Com
a válvula de estrangulamento conectada em série
com a bomba, o fluxo é reduzido para Q1.
As válvulas de estrangulamento podem ser usadas
para limitar o fluxo máximo. Ao adicionar a válvula,
o fluxo máximo possível no sistema é limitado. No
exemplo, o fluxo nunca será superior a Q3, mesmo
que a curva do sistema seja completamente plana -
significando nenhuma resistência no sistema. Quando
o desempenho da bomba for ajustado pelo método
de estrangulamento, a bomba propiciará uma altura
manométrica superior que aquela necessária para tal
sistema específico.
Se a bomba e a válvula de estrangulamento forem
substituídas por uma bomba menor, a bomba será
capaz de atender o fluxo Q1 desejado, mas a uma altura
manométrica da bomba inferior e consequentemente
um consumo de energia inferior, ver figura .4.1.2.
4.1.2 Controle de derivação
Em vez de conectar uma válvula em série com a
bomba, uma válvula de derivação na bomba pode
ser usada para ajustar o desempenho da bomba, ver
figura 4.1.3.
Comparado à válvula de estrangulamento, a instalação
de uma válvula de derivação resultará em um fluxo
mínimo específico QBP na bomba, independente das
características do sistema. O fluxo QP é a soma do
fluxo no sistema QS e o fluxo na válvula de desvio QBP.
A válvula de derivação introduzirá um limite máximo
de altura manométrica fornecida para o sistema Hmax,
ver figura 4.1.3. Mesmo quando o fluxo necessário
no sistema for zero, a bomba jamais operará com
uma válvula fechada. Como no caso com a válvula
de estrangulamento, o fluxo QS exigido pode ser
atendido por uma bomba menor e nenhuma válvula
de derivação; o resultado será um fluxo inferior e
consequentemente um consumo de energia menor.
Fig.: 4.1.2: A válvula de estrangulamento aumenta a
resistência no sistema e consequentemente reduz o fluxo.
H
Q1 Q2 Q3
Q
Bomba
Bomba menor
Característica resultante
Sistema
Válvula de estrangulamento
Hv
Hs
H
Válvula de derivação
QBP QS QP
Hmax
HP
Q
Bomba
Bomba
menor
Característica resultante
Sistema
Qs QBP
Sistema
Válvula de estrangulamento
Hp
Hv Hs
Sistema
Válvula de derivação
QBP
QS QP
HP
Fig.: 4.1.3: A válvula de derivação recebe parte do fluxo
da bomba e, portanto, reduz o fluxo no sistema.
107
tensão entre duas fases
corrente de fase
Ambos os valores efetivos (valores
de RMS), se aplicam para U e I
deslocamento de fase entre
corrente e tensão
Exemplo de cálculo:
U = 400 V, I = 6,4 A, cos = 0,83
O resultado é uma entrada de alimentação
de P = 3,68 kW

105. 4.1.3 Modificação do diâmetro do rotor
Outra maneira de ajustar o desempenho de uma
bomba centrífuga é modificando o diâmetro do
rotor na bomba significando a redução do diâmetro
e consequentemente reduzindo o desempenho
da bomba. Obviamente, a redução do diâmetro
do rotor não pode ser feita enquanto a bomba
estiver operando. Em comparação aos métodos
de estrangulamento e derivação, que podem ser
realizados durante operação, a modificação do
diâmetro do rotor deve ser feita antes que a bomba
seja instalada ou em conexão com a manutenção.
As fórmulas abaixo exibem a relação entre o
diâmetro do rotor e o desempenho da bomba:
Favor observar que as fórmulas são uma expressão
de uma bomba ideal. Na prática, a eficiência da
bomba diminui quando o diâmetro do rotor é
reduzido. Para alterações menores do diâmetro do
rotor Dx 0.8 . Dn, a eficiência somente é reduzida
em uns poucos pontos percentuais. O grau de
redução de eficiência depende do tipo de bomba e
ponto de operação (verifique as curvas de bomba
específicas para detalhes).
Como exibido nas fórmulas, o fluxo e a altura
manométrica mudam com a mesma proporção
– isto é, a mudança de proporção do diâmetro
do rotor na segunda alimentação de energia.
Os pontos de operação seguindo as fórmulas
são posicionados em uma linha reta iniciando
em (0,0). A troca no consumo de energia está
acompanhando a mudança de diâmetro na quarta
alimentação de energia.
4.1.4 Controle de velocidade
O último método de controle do desempenho da
bomba que abordaremos nesta seção é o método
de controle de velocidade variável. O controle de
velocidade por meio de um conversor de frequência
é, sem dúvida, a maneira mais eficiente de ajustar
o desempenho da bomba exposta aos requisitos de
fluxo variável.
H
Hn
Hx Dn
Dx
D
Qx Qn Q
Fig. 4.1.4: Mudança no desempenho da bomba
quando o diâmetro do rotor é reduzido
108
Seção 4.1
Ajuste de desempenho de bomba
tensão entre duas fases
corrente de fase
Ambos os valores efetivos (valores
de RMS), se aplicam para U e I
deslocamento de fase entre
corrente e tensão
Exemplo de cálculo:
U = 400 V, I = 6,4 A, cos = 0,83
O resultado é uma entrada de alimentação
de P = 3,68 kW

106. As equações abaixo se aplicam com grande
aproximação a como a mudança de velocidade
de bombas centrífugas influencia o desempenho
da bomba:
As leis de afinidade se aplicam na condição em que
a característica do sistema permaneça inalterada
para nn e nx e forme uma parábola através de (0,0),
ver seção 3.1.1. A equação de energia também
implica que a eficiência da bomba seja inalterada
nas duas velocidades.
tensão entre duas fases
corrente de fase
Ambos os valores efetivos (valores
de RMS), se aplicam para U e I
deslocamento de fase entre
corrente e tensão
As fórmulas na figura 4.1.5 mostram que o fluxo da
bomba Exemplo (Q) é proporcional de cálculo:
à velocidade da bomba
(n). A U altura = 400 V, manométrica I = 6,4 A, cos (= H) 0,83
é proporcional à
segunda O resultado energia é da uma velocidade entrada de (n) alimentação
enquanto que
a energia de P = (P) 3,68 é proporcional kW
à terceira energia da
velocidade. Na prática, uma redução da velocidade
resultará em uma leve queda na eficiência. A
eficiência em velocidade reduzida (nx) pode ser
estimada pela fórmula a seguir, que é válida para
redução de velocidade até 50% da velocidade
máxima:
Finalmente, se você precisar saber com precisão
quanta energia você pode economizar reduzindo
a velocidade da bomba, você deve considerar a
eficiência do conversor de frequência e do motor.
tensão entre duas fases
corrente de fase
Ambos os valores efetivos (valores
de RMS), se aplicam para U e I
deslocamento de fase entre
corrente e tensão
Exemplo de cálculo:
U = 400 V, I = 6,4 A, cos = 0,83
O resultado é uma entrada de alimentação
de P = 3,68 kW
Fig. 4.1.5: Parâmetros da bomba para
diferentes equações de afinidade
109

107. Consumo de energia
relativo com redução
de 20% no fluxo
4.1.5 Comparação de métodos de ajuste
Agora que descrevemos as quatro diferentes
maneiras de alterar o desempenho de uma bomba
centrífuga, vamos nos concentrar em como elas se
diferem uma das outras. Ao considerarmos a bomba
e seu dispositivo de alteração de desempenho como
uma unidade, podemos observar a caaracterística
de QH resultante deste dispositivo e comparar o
resultado dos diferentes sistemas.
desempenho
terá
Consumo 94%
de energia
relativo com redução
de 20% no fluxo
Consumo 94%
de energia
relativo com redução
de 20% no fluxo
Consumo de energia
relativo 94%
com redução
de 20% no fluxo
Controle por estrangulamento
O método de estrangulamento implica em uma
válvula conectada em série com uma bomba,
ver figura 4.1.6a. Esta conexão atua como uma
nova bomba em altura manométrica máxima não
alterada, mas desempenho de fluxo reduzido. A
curva da bomba Hn, a curva da válvula e a curva
cobrindo ntodo o sistema - Hx, ver figura 4.1.6b.
Controle por derivação
Quando uma válvula é conectada transversalmente
na bomba, ver figura 41.7a, esta conexão atuará
como uma nova bomba na altura manométrica
máxima reduzida e uma curva de QH com uma
característica alterada. A curva tenderá a ser mais
linear que quadrática, ver figura 4.1.7b.
e curva alterada
110%
94%
110%
110%
67%
110%
67%
67%
Redução
considerável
Redução
considerável
Redução
considerável
Redução
considerável
Modificação do diâmetro do rotor
O método de redução do rotor não implica em
nenhum componente extra. A Figura 4.1.8 exibe
a curva de QH reduzida (Hx) e as características da
curva original (Hn).
Controle de velocidade
O método de controle de velocidade (figura 1.4.9)
resulta em uma nova curva de QH em altura
manométrica e fluxo reduzidos. As características
das curvas permanecem as mesmas. Entretanto,
quando a velocidade for reduzida, as curvas se
tornam mais planas enquanto a altura manométrica
é reduzida para um grau mais elevado que o fluxo.
Em comparação a outros métodos, o método de
controle de velocidade também possibilita ampliar
o limite de desempenho da bomba acima da curva
de QH nominal, simplesmente aumentando a
velocidade acima do nível de velocidade nominal
da bomba, ver curva Hy na figura 4.1.9. Se esta
operação síncrona excessiva for usada, o tamanho
do motor deve ser levado em conta.
reduzidos
reduzidos
Eficiência geral
do sistema de
bombeamento
Redução
considerável
Redução leve
67%
Redução leve 65%
a b
Fig. 4.1.6: Válvula de estrangulamento conectada em
série com uma bomba
Hn Hx Válvula
a b
Fig. 4.1.7: Válvula de derivação conectada
transversalmente na bomba
Hn Hx Válvula
Hn Hx
Hn Hx
Hn Hx
Hn Hx
Hn Hx Hy
Válvula de
estrangulamento
Válvula de derivação
Controlador
de velocidade
D
Fig. 4.1.8: Ajuste de diâmetro do rotor
desempenho
terá
e curva alterada
reduzidos
reduzidos
Eficiência geral
do sistema de
bombeamento
Redução
considerável
Redução leve
Redução leve 65%
Hn Hx Válvula
Hn Hx Válvula
Hn Hx Hy
Válvula de
estrangulamento
Válvula de derivação
Controlador
de velocidade
D
Fig. 4.1.9: Controlador de velocidade conectado
a uma bomba
desempenho
terá
e curva alterada
reduzidos
reduzidos
Eficiência geral
do sistema de
bombeamento
Redução
considerável
Redução leve
Redução leve 65%
Hn Hx Válvula
Hn Hx Válvula
Hn Hx Hy
Válvula de
estrangulamento
Válvula de derivação
Controlador
de velocidade
D
desempenho
terá
e curva alterada
reduzidos
reduzidos
Eficiência geral
do sistema de
bombeamento
Redução
considerável
Redução leve
Redução leve 65%
Hn Hx Válvula
Hn Hx Válvula
Hn Hx Hy
Válvula de
estrangulamento
Válvula de derivação
Controlador
de velocidade
D
110
Seção 4.1
Ajuste de desempenho de bomba

108. 4.1.6 Eficiência geral do sistema da bomba
Tanto o método de estrangulamento como
o de derivação introduzem alguma perda
de energia hidráulica nas válvulas (Pperda =
k Q H). Portanto, a eficiência resultante
do sistema de bombeamento é reduzida.
A redução do tamanho do rotor na faixa de Dx/Dn0.8
não representa um impacto significante
na eficiência da bomba. Portanto, este
método não representa uma influência
negativa na eficiência geral do sistema.
A eficiência das bombas controladas por velocidade
somente é afetada em uma extensão limitada,
na medida em que a redução de velocidade não
fique abaixo de 50% da velocidade nominal.
Posteriormente, nós descobriremos que a eficiência
reduziu somente em alguns pontos percentuais,
e que ela não exerce um impacto na economia
de operação geral das soluções controladas por
velocidade, ver figura 1.4.17 na seção 1.4.4.
4.1.7 Exemplo: Consumo de energia
relativo quando o fluxo é reduzido em 20%
Em determinada instalação o fluxo deve ser
reduzido de Q = 60 m3/h para 50 m3/h. No ponto
inicial original (Q = 60 m3/h e H = 70 m) a entrada
de energia para a bomba é definida relativamente
a 100%. Dependendo do método de ajuste de
desempenho, a redução de consumo de energia
sofrerá variação. Agora, vamos dar uma olhada em
como o consumo de energia afeta cada um dos
métodos de ajuste de desempenho.
111

109. Controle por estrangulamento
O consumo de energia é reduzido em
aproximadamente 94% quando o fluxo cai.
O estrangulamento resulta em uma altura
manométrica aumentada, ver figura 4.1.10. O
consumo de energia máximo para algumas bombas
fica em um fluxo menor que o fluxo máximo. Se
este for o caso, o consumo de energia aumentará
por conta do estrangulamento.
Controle por derivação
Para reduzir o fluxo no sistema, a válvula deve
reduzir a altura manométrica da bomba para 55 m.
Isto só pode ser feito por meio do aumento do fluxo
na bomba. Conforme mostrado na figura 4.1.11, o
fluxo será consequentemente aumentado para 81
m3/h, que resultará em um aumento no consumo
de energia de até 10% acima do consumo original.
O grau de aumento depende do tipo de bomba e
do ponto de operação. Portanto, em alguns casos,
o aumento na P2 é igual a zero e em poucos casos
raros a P2 poderá até mesmo diminuir um pouco.
Modificação no diâmetro do rotor
Quando o diâmetro do rotor for reduzido,
tanto o fluxo quanto a altura manométrica da
bomba cairão. Por meio da redução de fluxo
de 20%, o consumo de energia é reduzido para
aproximadamente 67% de seu consumo original,
ver figura 4.1.12.
Controle de velocidade
Quando a velocidade da bomba é controlada, tanto
o fluxo quando a altura manométrica são reduzidos,
ver figura 4.1.13. Consequentemente, o consumo
de energia foi reduzido para aproximadamente
65% do consumo original.
Quando se trata de obter a melhor eficiência
possível, o método de ajuste de diâmetro de rotor ou
o método de controle de velocidade da bomba são os
mais adequados para reduzir o fluxo na instalação.
Quando a bomba tiver de operar em um ponto de
operação fixo, modificado, o método de ajuste de
diâmetro de rotor é a melhor solução. Entretanto,
quando nos deparamos com uma instalação, onde a
demanda de fluxo é variável, a bomba controlada por
velocidade é a melhor solução.
H [m]
= Ponto de serviço modificado
= Ponto de serviço original
Q
Q
Q
Q [m3/h]
76
H [m]
70
55
P2
100%
94%
50 60
H [m]
= Ponto de serviço modificado
= Ponto de serviço original
Q
Q
Q
Q
Q [m3/h]
Q
= Ponto de serviço modificado
= Ponto de serviço original
Q [m3/h]
= Ponto de serviço modificado
= Ponto de serviço original
Q [m3/h]
70
P2
100%
76
76
70
55
70
55
70
70
100%
100%
100%
P2
100%
67%
100%
67%
100%
100%
67%
67%
P2
100%
65%
110%
55
50 60
50 60
50 60
81
H [m]
H [m]
Q
Q
70
55
70
55
Q
76
70
55
Fig. 4.1.10: Consumo de energia relativa –
controle por estrangulamento
Q [m3/h]
P2
100%
94%
50 60
H [m]
Q [m3/h]
Q [m3/h]
Q [m3/h]
70
P2
P2
P2
100%
65%
110%
55
50 60
50 60
50 60
81
H [m]
H [m]
Q
Q
70
55
70
55
Q
Fig. 4.1.11: Consumo de energia relativo -
controle por derivação
H [m]
Q [m3/h]
P2
100%
94%
50 60
H [m]
Q [m3/h]
Q [m3/h]
Q [m3/h]
P2
P2
P2
100%
65%
110%
55
50 60
50 60
50 60
81
H [m]
H [m]
Q
Q
70
55
70
55
Q
Fig. 4.1.12: Consumo de energia relativo –
modificação de diâmetro de rotor
H [m]
Q [m3/h]
P2
100%
94%
50 60
H [m]
Q [m3/h]
Q [m3/h]
Q [m3/h]
P2
P2
P2
100%
65%
110%
55
50 60
50 60
50 60
81
H [m]
H [m]
Q
Q
70
55
70
55
Q
Fig. 4.1.13: Consumo de energia relativo –
controle de velocidade
112
Seção 4.1
Ajuste de desempenho de bomba

110. Resumo
A Figura 4.1.14 fornece uma visão geral dos
diferentes métodos de ajuste que apresentamos
na seção anterior. Cada método tem seus prós e
contras que devem ser considerados ao escolher
o método de ajuste para um sistema.
O ajuste
contínuo
é possível
Sim
Sim
Não
Sim
A curva de desempenho
resultante terá
Q reduzido
H reduzido e curva alterada
Q e H reduzidos
Q e H reduzidos
Método
Controle por
estrangulamento
Válvula de
estrangulamento
Controle por desvio
Válvula de desvio
Controlador
de velocidade
D
Modificação do
diâmetro
do impulsor
Controle de velocidade
Eficiência geral
do sistema de
bombeamento
Redução
considerável
Redução
considerável
Redução leve
Consumo de energia
relativo com redução
de 20% no fluxo
94%
110%
67%
Redução leve 65%
Hn
Hx
Válvula
Hn
Hx
Válvula
Hn
Hx
Hn
Hx
Hy
Fig. 4.1.14: Características dos métodos de ajuste.
113

111. Seção 4.2
Soluções de bomba controlada por velocidade
Como discutido na seção anterior, o controle de
velocidade de bombas é uma maneira eficiente
de ajustar o desempenho da bomba ao sistema.
Nesta seção nós discutiremos a possibilidade de
combinação de bombas controladas por velocidade
com controladores PI e sensores medindo
parâmetros de sistema, tais como pressão, pressão
diferencial e temperatura. Nas próximas páginas,
as diferentes opções serão exemplificadas.
4.2.1 Controle de pressão constante
Uma bomba deve fornecer água da torneira
de um tanque intermediário para diferentes
torneiras em um edifício.
A demanda por água de torneira é variável,
portanto, a característica do sistema varia
conforme o fluxo necessário. Por conta do
conforto e economia de energia uma pressão de
fornecimento constante é recomendada.
Como exibido na figura 4.2.1, a solução é
uma bomba controlada por velocidade com
um Controlador PI. O Controlador PI compara
a pressão necessária pset com a pressão de
fornecimento real p1 medida por um transmissor
de pressão PT.
Se a pressão real for maior que a de ponto de
ajuste, o Controlador PI reduzirá a velocidade e
consequentemente o desempenho da bomba até
p1 = pset. A figura 4.2.1 mostra o que ocorre quando
o fluxo é reduzido de Qmax para Q1. O controlador
se certifica se a velocidade da bomba foi reduzida
de nn para nx para garantir que a pressão de
descarga necessária seja = Pset. A instalação da
bomba garante que a pressão de fornecimento é
constante na faixa de fluxo de 0 - Qmax. A pressão
de fornecimento é independente do nível (h) no
tanque intermediário. Se houver alteração de h, o
Controlador PI ajusta a velocidade da bomba para
que P1 corresponda sempre ao ponto de ajuste.
H
h pset
p1
h
Q1
H1
Ponto de ajuste pset
Tanque
intermediário
Valor real de p1
Transmissor
de pressão
Controlador
PI
Controlador
de velocidade
Torneiras
nx
PT
H
pset
h Q1 Qmax Q
p1
h
Q1
H1
Ponto de ajuste pset
Tanque
intermediário
Valor real de p1
Transmissor
de pressão
Controlador
PI
Controlador
de velocidade
Torneiras
nx
nn
PT
Fig. 4.2.1: Sistema de abastecimento de água com
bomba controlada por velocidade fornecendo pressão
constante para o sistema
114

112. 4.2.2 Controle de temperatura constante
O ajuste de desempenho por meio de controle de
velocidade é adequado para diversas aplicações
industriais. A Figura 4.2.2 exibe um sistema com uma
máquina de modelagem por injeção que deve ser
resfriada por água para garantir uma produção de
alta qualidade.
A máquina é resfriada com água em 15° C a partir
de uma usina de resfriamento. Para garantir que a
máquina de modelagem opere adequadamente e
seja suficientemente resfriada, a temperatura do tubo
de retorno deve ser mantida em um nível constante;
tr = 20oC. A solução é uma bomba controlada por
velocidade controlada por um Controlador PI. O
Controlador PI compara a temperatura necessária tset
com a temperatura da tubulação de retorno real tr, que
é medida por meio de um transmissor de temperatura
TT. Este sistema possui uma característica de sistema
fixo e, portanto, o ponto de operação da bomba fica
localizado na curva entre Qmin e Qmax. Quanto maior
a perda de calor na máquina, maior será o fluxo de
água de resfriamento necessário para garantir que a
temperatura da tubulação de retorno seja mantida
em um nível constante de 20° C.
4.2.3 Pressão diferencial constante em um
sistema de circulação
Os sistemas de circulação (sistemas fechados), veja
o capítulo 3, são bastante adequados para soluções
de bombeamento controlado por velocidade. É
uma vantagem que os sistemas de circulação com
característica de sistema variável sejam equipados
com uma bomba de circulação controlada por pressão
diferencial, veja a figura 4.2.3.
A figura mostra um sistema de aquecimento
consistindo de um trocador de calor onde a água
circulada é aquecida e entregue a três consumidores,
ex. radiadores, por meio de uma bomba controlada
por velocidade. Uma válvula de controle é conectada
em série em cada consumidor para controlar o fluxo
conforme o requisito de calor.
A bomba é controlada conforme uma pressão
diferencial constante, medida em toda a bomba. Isto
significa que o sistema de bombeamento oferece
uma pressão diferencial na faixa Q de 0 – Qmax,
representando como linha horizontal na figura 4.2.3.
Ponto de ajuste pset Controlador Valor real de tr
PI
Controlador
de velocidade
Usina
de
resfriamento
Máquina modelagem por injeção
Transmissor
de temperatura
Ponto de ajuste pset Controlador Valor real de tr
PI
Controlador
de velocidade
Usina
de
resfriamento
Máquina modelagem por injeção
Transmissor
de temperatura
Fig. 4.2.2: Sistema com máquina de modelagem por injeção e
bomba de circulação controlada por temperatura garantindo
uma temperatura de tubulação de retorno constante
Ponto de ajuste Hset Valor real de H1
Controlador
PI
Controlador
de velocidade
Transmissor de
pressão diferencial
Ponto de ajuste Hset Valor real de H1
Controlador
PI
Controlador
de velocidade
Transmissor de
pressão diferencial
Fig. 4.2.3: Sistema de aquecimento com bomba de
circulação controlada por velocidade fornecendo pressão
diferencial constante para o sistema
115

113. 4.2.4 Controle de pressão diferencial
compensada por fluxo
A função principal do sistema de bombeamento
na figura 4.2.4 é manter uma pressão diferencial
constante em todas as válvulas de controle nos
consumidores, ex.: radiadores. Para isso, a bomba
deve ser capaz de superar as perdas de fricção em
tubulações, trocadores de calor, conexões, etc.
Conforme discutido no capítulo 3, a perda de pressão
em um sistema é proporcional para o fluxo na
segunda energia. A melhor maneira de controlar
Ponto de ajuste Hset Valor real de H1
uma bomba de circulação em um sistema como
aquele mostrado na figura à direita, é permitir que
a bomba forneça uma pressão que aumente quando
o fluxo aumentar.
Quando a demanda de fluxo for baixa, as perdas
de pressão nas tubulações, trocadores de calor,
conexões, etc. serão também baixas, e a bomba
fornecerá somente uma pressão equivalente àquela
que a válvula de controle exigir, Hset -Hf. Quando a
demanda de fluxo aumentar, as perdas de pressão
aumentam na segunda energia e, portanto, a
bomba deve aumentar a pressão de fornecimento;
demonstrado como a curva azul na figura 4.2.4.
Tal sistema de bombeamento pode ser projetado de
duas maneiras:
• O transmissor de pressão diferencial está localizado
na bomba e o sistema está operando com controle
de pressão diferencial compensado por fluxo –
DPT1, veja a figura 4.2.4
• O transmissor de pressão diferencial está localizado
próximo dos consumidores e o sistema está
operando com controle de pressão diferencial –
DPT2 na fig. 4.2.4
A vantagem da primeira solução é que a bomba,
o Controlador PI, o controle de velocidade e o
transmissor estão posicionados perto um do outro,
facilitando a instalação. Esta instalação torna
possível tratar todo o sistema como uma única
unidade, ver seção 4.4. A fim de deixar o sistema
operando adequadamente, os dados de curva de
bomba devem ser armazenados no controlador.
Ponto de ajuste Hset Valor real de H1
Estes dados são usados para calcular o fluxo e
desta forma calcular quanto o ponto de ajuste
Hset deve ser reduzido em determinado fluxo
para garantir que o desempenho da bomba
atenda a curva azul exigida na figura 4.2.4.
A segunda solução com o transmissor
posicionado na instalação exige mais custos
de instalação uma vez que o transmissor
deve ser instalado no local de instalação e
o cabeamento necessário também deve ser
realizado. O desempenho deste sistema é
mais ou menos similar ao primeiro sistema.
O transmissor mede a pressão diferencial no
consumidor e compensa automaticamente
para o aumento na pressão necessária para
superar o aumento nas perdas de pressão nas
tubulações de abastecimento, etc.
Hf Q1
PI-controller
DPT1
DPT2
Controlador
de velocidade
Q1 Qmax
Hset
Hf H1
nx
nn
Q
H
Q1
PI-controller
DPT1
DPT2
Controlador
de velocidade
Fig. 4.2.4: Sistema de aquecimento com bomba de
circulação controlada por velocidade fornecendo pressão
diferencial compensada por fluxo para o sistema
116
Seção 4.2
Soluções de bomba controlada por velocidade

114. Um grande número de aplicações de bomba
não exige o desempenho de bombeamento
total 24 horas por dia. Portanto, é vantajoso
ser capaz de ajustar o desempenho da bomba
no sistema automaticamente. Como vimos na
seção 4.1, a melhor maneira possível de adaptar
o desempenho de uma bomba centrífuga é
por meio de controle de velocidade da
bomba. O controle de velocidade de bombas
é normalmente feito por uma unidade de
conversão de frequência.
Nas próximas páginas nós analisaremos as
bombas controladas por velocidade em sistemas
fechados e abertos. Mas antes de aprofundar
no mundo de controle de velocidade, nós
apresentaremos as vantagens que o controle
de velocidade fornece e os benefícios oferecidos
pelas bombas controladas por velocidade de
conversor de frequência.
Consumo de energia reduzido
As bombas controladas por velocidade usam
somente a quantidade de energia necessária
para atender um trabalho específico da bomba.
Em comparação a outros métodos de controle, o
controle de velocidade controlada por frequência
oferece a mais alta eficiência e, portanto, uma
utilização mais eficiente da energia, ver seção 4.1.
Baixo custo de ciclo de vida
Como veremos no capítulo 5, o consumo de
energia de uma bomba é um fator muito
importante considerando os custos de ciclo
de vida da bomba. Portanto, é importante
manter os custos de operação de um sistema de
bombeamento no nível mais baixo possível. A
operação eficiente resulta em menor consumo
de energia e, portanto, custos de operação
mais baixos. Em comparação às bombas de
velocidade fixa, é possível reduzir o consumo de
energia em até 50% com uma bomba controlada
por velocidade.
Proteção do meio ambiente
Bombas que utilizam a energia de maneira
eficiente poluem menos e, portanto, não
agridem o meio ambiente.
Aumento de conforto
O controle de velocidade em diferentes sistemas
de bombeamento oferece mais conforto: em
sistemas de abastecimento de água, o controle de
pressão automática e partida suave das bombas
reduzem o golpe de aríete e o ruído gerado por
pressão muito alta no sistema. Nos sistemas de
circulação, as bombas controladas por velocidade
garantem que a pressão diferencial seja mantida
em um nível tal que o ruído no sistema é
minimizado.
Redução nos custos do sistema
As bombas controladas por velocidade podem
reduzir a necessidade de comissionamento e
válvulas de controle no sistema. Dessa forma os
custos totais do sistema podem ser reduzidos.
Seção 4.3
Vantagens de controle de velocidade
117

115. Seção 4.4
Vantagens das bombas com conversor de frequência integrado
Em muitas aplicações, as bombas com conversor de
frequência integrado é uma ótima solução. A razão
é que estas bombas combinam os benefícios de
uma solução de bomba controlada por velocidade
com os benefícios obtidos da combinação de
uma bomba, um conversor de frequência, um
Controlador PI e algumas vezes também um
sensor/transmissor de pressão em uma única
unidade - ver figura 4.4.1.
Uma bomba com um conversor de frequência
integrado não é apenas uma bomba, mas um
sistema capaz de resolver problemas de aplicação
ou economizar energia em uma variedade de
instalações de bomba. No que se refere à reposição,
as bombas com conversores de frequência
integrados são ideais uma vez que elas podem ser
instaladas no lugar de bombas de velocidade fixas
sem qualquer custo de instalação extra. Tudo o que
se precisa é uma conexão de alimentação e uma
conexão da bomba com conversor de frequência
integrado no sistema de tubulação e, então, a
bomba estará pronta para operar. Tudo o que o
instalador deve fazer é ajustar o ponto de ajuste
(pressão) e, assim, o sistema estará em condições
de operar.
Segue abaixo uma breve descrição das vantagens
que as bombas com conversor de frequência
integrada podem oferecer.
Fácil instalação
Bombas com conversor de frequência integrado
são tão fáceis de instalar quanto as bombas de
velocidade fixa. Tudo que você tem a fazer é
conectar o motor à alimentação elétrica e a bomba
entrará em operação. Todas as conexões e ajustes
já vêm configurados de fábrica.
Ótima economia de energia
Uma vez que a bomba, o motor e o conversor de
frequência foram projetados para compatibilidade,
a operação do sistema de bomba reduz o consumo
de energia.
Único fornecedor
Um único fornecedor pode fornecer a bomba,
o conversor de frequência e o sensor o que
naturalmente facilita o dimensionamento,
seleção, procedimentos de pedido, assim como sua
manutenção e reparos.
Ponto
de
ajuste
Controlador
PI
Conversor
de
frequência
M
PT
Fig. 4.4.1: Unidade da bomba com conversor de
frequência integrado e transmissor de pressão
118

116. Ampla faixa de desempenho
As bombas com conversor de frequência integrado
possuem uma gama bastante ampla de faixa de
desempenho, o que permite que elas operem de
forma eficiente sob condições bastante variadas e
atendam a uma ampla gama de requisitos. Assim,
menos bombas podem substituir muitos tipos de
bomba de velocidade fixa com poucos recursos de
desempenho.
4.4.1. Curvas de desempenho de bombas
controladas por velocidade
Agora, permita-nos fazer uma análise aprofundada
de como você pode ler o desempenho da bomba
controlada por velocidade.
A figura 4.4.2 mostra um exemplo das curvas
de desempenho de uma bomba controlada por
velocidade. A primeira curva exibe a curva QH e
a segunda curva mostra a curva de consumo de
energia correspondente.
Como você pode ver, as curvas de desempenho
são fornecidas para cada diminuição em 10%
na velocidade de 100% para 50%. Da mesma
forma, a curva mínima representada por 25% da
velocidade máxima também é mostrada. Como
nós indicamos no diagrama, você pode indicar
um ponto de operação específico QH e descobrir
em qual velocidade de ponto de operação pode
ser alcançado e o que o consumo de energia da
P1 significa.
4.4.2. Bombas controladas por
velocidade em diferentes sistemas
As bombas controladas por velocidade são
usadas em uma ampla gama de sistemas.
A troca no desempenho da bomba e
consequentemente a economia de energia
potencial dependem do sistema em questão.
Conforme discutido no capítulo 3, a característica de
um sistema é uma indicação da altura manométrica
necessária que uma bomba deve fornecer para
transportar uma certa quantidade de líquido
através do sistema. A Figura 4.4.3 exibe a curva de
desempenho e a característica do sistema de um
sistema fechado e um sistema aberto.
H
[m]
70
60
50
40
30
20
10
0 5 10 15 20 25 30 Q [m 3/h]
Q [m 3/h]
35
P1 [kW]
6
4
2
0
100%
90%
86%
80%
70%
60%
50%
25%
Fig 4.4.2: Curva de desempenho para uma
bomba controlada por velocidade
Curva da bomba Curva da bomba
Característica
do sistema
Q
H
H
Fig 4.4.3: SPonto de característica de sistema
de um sistema fechado e um sistema aberto
H
Q
HO
Sistema fechado Sistema aberto Q
H
Q
HO
Característica
do sistema
119

117. Bombas controladas por velocidade em
sistemas fechados
Em sistemas fechados, como sistemas de
aquecimento e ar condicionado, a bomba deve
somente superar as perdas de fricção nas tubulações,
válvulas, trocadores de calor, etc. Nessa seção, nós
apresentaremos um exemplo com uma bomba
controlada por velocidade em um sistema fechado. A
perda de fricção total por um fluxo total é de 15 m3/h
é 18 m, ver figura 4.4.4.
A característica de sistema inicia no ponto (0,0),
a linha vermelha na figura 4.4.5. As válvulas de
controle no sistema sempre precisam de certa
pressão operacional, portanto a bomba não pode
operar de acordo com a característica de sistema.
Isso ocorre porque algumas bombas controladas
por velocidade oferecem a função de controle de
pressão proporcional, que garante que a bomba
operará de acordo com a linha laranja mostrada
na figura. Como você pode ver na figura 4.4.5, o
desempenho mínimo está por volta de 57% da
velocidade total. Em uma operação de sistema de
circulação na curva mínima (25% da velocidade
total) podem ser relevante em algumas situações,
por exemplo, quando lidamos com serviços
noturnos em sistemas de aquecimento.
H
Q = 15 m2/h
Consumidores
Caldeira
ou similar
Fig. 4.4.4: Sistema fechado
H
[m]
24
20
16
12
8
4
100%
99%
90%
80%
70%
50%
0 2 4 6 8 10 12 Q [m 3/h]
Q [m 3/h]
14 16
P1 [kW]
1.2
0.8
0.4
0
60%
25%
Fig. 4.4.5: A Uma bomba controlada por
velocidade em um sistema fechado
120
Seção4.4
Vantagens de bombas com conversor de frequência integrado

118. Bombas controladas por velocidade em
sistemas abertos
A característica do sistema e a faixa operacional
da bomba dependem do tipo de sistema em
questão. A Figura 4.4.6 mostra uma bomba em
um sistema de reforço de pressão/abastecimento
de água. A bomba deve abastecer Q = 6,5 m3/h
para a torneira, que é posicionada h = 20 m acima
da bomba. A pressão de entrada para a bomba ps
é de 1 bar, a pressão na torneira pt deve ser de 2
bar e a perda de fricção total no sistema por fluxo
total de pf é de 1,3 bar.
A Figura 4.4.7 mostra a curva QH de uma
bombacapaz de atender os requisitos descritos
acima. Você poderá calcular a altura manométrica
necessária em fluxo zero (Ho) usando a equação à
sua direita.
Se você precisar calcular a altura manométrica
máxima em um fluxo (Q) de 6.5 m3/h, utilize a
equação abaixo:
pf
. g
1.3. 105
Hmax = oH + = 30.29 9 8+ . 9.81= 43.5
Para cobrir esta aplicação de fluxo zero para fluxo
máximo Ho = h Q pt + = - 6.5 ps
m3/h a (bomba 2-1. )1 05 = 20 9+9.81= operará em uma
. g 9 8 . 30.2 m
faixa de velocidade estreita relativa, que fica entre
65% da velocidade total e até 99% da velocidade
total. Nos sistemas com menos perda de fricção
a variação a velocidade será ainda menor. Se não
houver nenhuma perda de fricção, a velocidade
mínima no caso acima será por volta de 79% da
velocidade.
Como você pode ver a partir dos dois exemplos
anteriores, a variação possível na velocidade e
consequentemente no consumo de energia é
a máxima em sistemas fechados. Portanto, os
sistemas fechados são responsáveis pela maior
economia de energia potencial.
Fig. 4.4.6: Bomba em um sistema de
abastecimento de água
h = 20 m
pt = 2 bar
ps = 1 bar
pf = 1.3 bar
Q = 6.5 m3/h
H
pt - Pressão no ponto de tomada
ps - Pressão de sucção
pf - Perda de fricção
Q - Taxa de fluxo
h - Elevação estática
H
[m]
60
50
40
20
10
pf
. g
1.3. 105
Hmax = oH + = 30.29 9 8+ . 9.81= 43.5
(2-1. )1 05
Ho = h + . g = 20 9 9+8 . 9.81= 30.2 m
100%
pt - ps
0 1 2 3 4 5 6 7 8Q [m 3/h]
Q [m 3/h]
P1 [kW]
1.2
0.8
0.4
0
90%
80%
70%
60%
50%
25%
HO
Fig. 4.4.7: Uma bomba controlada por velocidade em
um sistema aberto
121

119. 4.5.2. Componentes do conversor de
frequência
Em princípio, todos os conversores de frequência
consistem dos mesmos blocos funcionais. A função
básica é conforme mencionado anteriormente, para
converter a alimentação de tensão de distribuição
em uma nova tensão CA com outra frequência e
amplitude.
O conversor de frequência antes de tudo retifica
a tensão de rede de entrada e então armazena a
energia em um circuito intermediário consistindo
de um capacitor. A tensão CC então é convertida em
uma tensão AC com outra frequência e amplitude.
Não importa se a frequência é de 50 Hz ou 60Hz
uma vez que o retificador seja capaz de lidar com
ambas as situações. Da mesma forma, a frequência
de entrada não influenciará a frequência de saída,
conforme isto é definido pelo padrão de tensão/
frequência, que é definido no inversor. Tendo os
fatos acima mencionados em mente, usando
um conversor de frequência em conexão com os
motores assíncronos, os seguintes benefícios são
oferecidos:
• O sistema pode ser usado tanto em na área de
ciclo 50 quanto 60 sem quaisquer modificações;
• A frequência de saída do conversor de frequência
é independente na frequência de entrada;
• O conversor de frequência pode fornecer
frequência de saída de alimentação mais alta
que a à frequência de alimentação de rede,
possibilitando a operação síncrona excessiva.
Como você pode ver a partir da figura 4.5.2, o
conversor de frequência consiste também de três
outros componentes: Um filtro EMC, um circuito de
controle e um inversor.
Como mencionado anteriormente, o controle
de velocidade de bombas envolve um conversor
de frequência. Portanto, será relevante ter
um olhar mais próximo em um conversor
de frequência, como ele opera e finalmente
discutir precauções relacionadas ao uso deste
dispositivo.
4.5.1 Função básica e características
É um fato bastante conhecido que a velocidade de
um motor assíncrono depende primeiramente do
número do polo do motor e a frequência da tensão
fornecida. A amplitude da tensão fornecida e a
carga no eixo do motor também influenciam a
velocidade do motor, no entanto, não no mesmo
grau. Consequentemente, alterar a frequência da
tensão de fornecimento é um método ideal para o
controle de velocidade do motor assíncrono. Para
garantir uma magnetização do motor correta
é também necessário alterar a amplitude da
tensão.
f1 f1 f2
n
T
f2
Fig. 4.5.1: Deslocamento da característica de
torque de motor
Um controle de frequência/tensão resulta em
um deslocamento da característica de torque
sempre que a velocidade é alterada. A Figura
4.5.1 exibe a característica de torque de motor
(T) como uma função da velocidade (n) em
duas diferentes frequências/tensões. No mesmo
diagrama também é elaborada a característica
de carga da bomba. Conforme exibido na
figura, a velocidade é alterada pela mudança de
frequência/tensão do motor.
O conversor de frequência altera a frequência
e tensão, portanto, nós podemos concluir
que a tarefa básica de um conversor de
frequência deve alterar a frequência de tensão
de alimentação fixa, ex. 3x400 V / 50 Hz, na
tensão/frequência variável.
Alimentação de rede CA
Filtro
EMC
Retificador
Circuito
intermediário
CC
Inversor
Circuito de controle
Fig. 4.5.2: Blocos funcionais do conversor de frequência
Seção 4.5
Conversor de frequência
122

120. Filtro EMC
Este bloco não é parte da função primária
do conversor de frequência e, portanto, em
princípio, pode ser deixado de fora do conversor
de frequência. Entretanto, para atender os
requisitos da diretiva de EMC da União Europeia
ou outros requisitos locais, o filtro é necessário. O
filtro EMC garante que o conversor de frequência
não enviará sinal de ruído inaceitavelmente
alto de volta à rede interferindo em outros
equipamentos eletrônicos conectados à rede. Ao
mesmo tempo, o filtro garante que os sinais de
ruído na rede gerados por outro equipamento
não interfiram em dispositivos eletrônicos do
conversor de frequência causando danos ou
distúrbios.
Circuito de controle
O bloco de circuito de controle possui duas
funções: ele controla o conversor de frequência e
ao mesmo tempo, controla toda a comunicação
entre o produto e arredores.
Inversor
A tensão de saída de um conversor de frequência
não é sinusoidal como a tensão de rede normal.
A tensão fornecida para o motor consiste de
diversos pulsos de onda quadrada, ve figura
4.5.3. O valor médio destes pulsos forma uma
tensão sinusoidal da frequência e amplitude
desejadas. A frequência de comutação pode
ser de poucos kHz até 20 kHz, dependendo
da marca. Para evitar a geração de ruído nos
enrolamentos do motor, um conversor de
frequência com uma frequência de comutação
acima da faixa de audibilidade (~16 kHz) é
preferível.
Este princípio de operação de inversor é
chamado de controle PWM (Modulação de
largura de pulso) e é o princípio de controle que
é mais frequentemente usado nos conversores
de frequência atuais. A corrente do motor por
si só é quase sinusoidal. Isto é mostrado na
figura 4.5.4 (a) indicando a corrente de motor
(superior) e a tensão do motor. Na figura 4.5.4
(b) uma seção da tensão do motor é mostrada.
Isto indica como a faixa de pulso/pausa da
tensão é alterada.
0
0 t
Umotor
Valor médio de tensão
T = 1/fm
Fig 4.5.3: Tensão CA com frequência variável (fm) e
tensão variável (Umotor)
0
a b
0 * * Detail
Fig 4.5.4: a) Corrente do motor (superior) e tensão do
motor no controle PWM (Modulação de largura de
pulso). b) Seção de tensão do motor
123

121. 4.5.3 Condições especiais em relação
aos conversores de frequência
Existem muitas condições que o instalador e o
usuário devem estar cientes quando da instalação
e uso de conversores de frequência ou bombas
com conversores de frequência integrados. Um
conversor de frequência se comportará de forma
diferente no lado da alimentação de rede se
comparado a um motor assíncrono padrão. Isso é
descrito em detalhes abaixo.
Entrada de alimentação não sinusoidal,
conversores de frequência alimentados em
três fases
Um conversor de frequência projetado como aquele
descrito acima não receberá corrente sinusoidal
da rede. Entre outras coisas, isso influencia no
dimensionamento do cabo de alimentação de rede,
chaves de rede, etc. A Figura 4.5.5 exibe como a
corrente de rede e a tensão aparecem para um:
a) motor assíncrono padrão de dois polos,
trifásico;
b) motor assíncrono padrão de dois polos,
trifásico com conversor de frequência. Em ambos
os casos o motor fornece 3kW para o eixo.
Uma comparação da corrente nos dois casos
mostra as diferenças abaixo, ver figura 4.5.6:
• A corrente para o sistema com o conversor de
frequência não é sinusoidal
• A corrente de pico é muito superior (aprox. 52%
superior) para a solução de conversor
de frequência
Isto ocorre devido ao projeto do conversor de
frequência conectando a rede a um retificador
acompanhado por um capacitor. O carregamento
do capacitor ocorre durante curtos períodos de
tempo no qual a tensão retificada é superior
à tensão no capacitor naquele momento.
Conforme mencionado acima, a corrente não
sinusoidal resulta em outras condições no lado
de alimentação de rede do motor. Para um motor
padrão sem um conversor de frequência a relação
entre a tensão (U), corrente (I) e alimentação (P) é
exibida na caixa à sua direita. A mesma fórmula
não poderá ser usada para o cálculo da entrada
de alimentação na conexão com motores com
conversores de frequência.
Fig 4.5.5 a): Motor assíncrono padrão dois polos, trifásico
b
Fig 4.5.5 b): Motor assíncrono padrão trifásico de
dois polos com conversor de frequência
400 V
6,36 A
13,8 A
3,69 kW
PF = 0,86
400 V
6,4 A
9,1 A
3,69 kW
PF = 0,86
Tensão de rede
Corrente de rede RMS
Corrente de rede, pic
Entrada de alimentação, P1
cos ϕ,
fator de potência (PF)
Motor padrão Motor com conversor
de frequência
Fig. 4.5.6: Comparação de corrente de um
motor padrão e um conversor de frequência
Seção 4.5
Conversor de frequência
124
tensão entre duas fases
corrente de fase
Ambos os valores efetivos (valores
de RMS), se aplicam para U e I
deslocamento de fase entre
corrente e tensão
Exemplo de cálculo:
U = 400 V, I = 6,4 A, cos = 0,83
O resultado é uma entrada de alimentação
de P = 3,68 kW
a

122. De fato, nesse caso não há uma maneira segura
de calcular a entrada de alimentação baseada
em medições de corrente e tensão simples
quando essas não forem sinusoidais. Em vez
disso, a alimentação deve ser calculada por
meio de instrumentos e com base em medições
instantâneas de corrente e tensão.
Se a alimentação (P) for conhecida assim como
o valor de RMS da corrente e tensão, o fator de
alimentação (PF) pode ser calculado pela fórmula
à sua direita.
Do contrário, quando a corrente e a tensão forem
sinusoidais, o fator de alimentação não terá
conexão direta com a maneira em que a corrente
e tensão são deslocadas no tempo.
Ao medir a corrente de entrada em conexão com a
instalação e serviço de um sistema com conversor
de frequência é necessário utilizar um instrumento
que seja capaz de medir as correntes “não
sinusoidais”. Em geral, instrumentos de medição
de corrente para conversores de frequência
devem ser de medição do tipo “Valor eficaz real
verdadeiro”(True RMS).
Conversores de frequência e disjuntores de
vazamento de terra (ELCB)
Os disjuntores de vazamento de terra estão cada
vez mais sendo usados em instalações elétricas.
Se um conversor de frequência tiver que ser
conectado em tal instalação, deve-se garantir
que o ELCB a ser instalado seja de um tipo que
seguramente funcionará também se a falha
ocorrer no lado CC do conversor de frequência.
Para garantir que o ELCB sempre funcionará em
caso de corrente vazamento para terra o ELCB
a ser usado em conexão com o conversor de
frequência deve apresentar os sinais exibidos na
figura 4.5.7 e 4.5.8
Ambos os tipos de disjuntores de vazamento para
terra estão disponíveis no mercado atualmente.
tensão entre duas fases
corrente de fase
Ambos os valores efetivos (valores
de RMS), se aplicam para U e I
deslocamento de fase entre
corrente e tensão
Exemplo de cálculo:
U = 400 V, I = 6,4 A, cos = 0,83
O resultado é uma entrada de alimentação
de P = 3,68 kW
Fig 4.5.7: Etiqueta do ELCB para conversores de
frequência de fase única
Fig 4.5.8: Etiqueta do ELCB para conversores de
frequência de três fases
125

123. Custos de energia 90%
Custos de manutenção 2-5%
Custos iniciais 5-8%
Capítulo 5. Cálculo de custos de ciclo de vida
Seção 5.1: Equação de custos de ciclo de vida
5.1.1 Custos iniciais, preço de compra (Cic)
5.1.2 Custos de instalação e comissionamento (Cin)
5.1.3 Custos de energia (Ce)
5.1.4 Custos operacionais (Co)
5.1.5 Custos ambientais (Cenv)
5.1.6 Custos de manutenção e reparo (Cm)
5.1.7 Custos por tempo parado, custos de perda de produção (Cs)
5.1.8 Custos de desativação e descarte (Co)
Seção 5.2: Cálculo de custos de ciclo de vida – um exemplo

124. Seção 5.1
Equação de custos de ciclo de vida
Nesta seção abordaremos os elementos que
compõem os custos de ciclo de vida da bomba
(LCC) para entender o que é LCC, quais fatores
considerar quando o calculamos e como calculá-lo.
Finalmente, ilustraremos os custos de ciclo
de vida por meio de um exemplo. Mas antes
de nos aprofundar nos custos de ciclo de vida,
precisamos entender o que a noção abrange.
Os custos de ciclo de vida de uma bomba são
uma expressão de quanto custa para comprar,
instalar, operar, manter e descartar uma bomba
durante seu ciclo de vida. Fig. 5.1.1: Um guia para análise de custos de ciclo de
t
O Hydraulic Institute, Europump e o
Departamento Americano de Energia elaboraram
uma ferramenta chamada Custos de ciclo de vida
(LCC) da bomba, ver figura 5.1.1. A ferramenta foi
projetada para ajudar as empresas a minimizarem
o desgaste e maximizar a eficiência de energia
em diferentes sistemas incluindo sistemas de
bombeamento. Os cálculos de custo de ciclo de
vida são uma ferramenta de tomada de decisão
que pode ser usada em conexão com o projeto
de novas instalações ou reparo das instalações
existentes.
Os custos de ciclo de vida (LCC) consistem dos
seguintes elementos:
Cic Custos iniciais, preço de compra
Cin Custos de instalação e comissionamento
Ce Custos de energia
Co Custos operacionais
(custos de mão de obra)
Cemv Custos de meio ambiente
Cm Custos de manutenção de reparo
Cs Custos por tempo parado
(perda de produção)
Cd Custos de desativação/descarte
Cada um desses elementos é descrito nos
parágrafos abaixo. Conforme mostrado na figura
5.1.2, os custos de energia, custos iniciais e custos
de manutenção são os mais importantes.
vida para sistemas de bombeamento
Custos de ciclo de vida típicos
Custos iniciais
Custos de manutenção
Custos de energia
Fig. 5.1.2: Custos de ciclo de vida típicos de um
sistema de circulação na indústria
O LCC é calculado pela fórmula abaixo:
LCC = Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cemv + Cd
128

125. 5.1.1 Custos iniciais, preço de compra
(Cic)
Os custos iniciais (Cic) de um sistema de bomba
incluem todo o equipamento necessário para
operar o sistema, ex.: bombas, conversores de
frequência, painéis de controle e transmissores,
ver figura 5.1.3.
Frequentemente, existe uma contrapartida
entre os custos iniciais e a energia e custos
de manutenção. Sendo assim, em muitos casos
componentes caros têm um tempo de vida
superior ou um consumo de energia inferior em
relação a componentes menos caros.
5.1.2 Custos de instalação e comission-amento
(Cin)
Os custos de instalação e comissionamento
incluem os seguintes custos:
• Instalação das bombas
• Fundação
• Conexão de fiação elétrica e instrumentação
• Instalação, conexão e configuração de
transmissores
• Avaliação de comissionamento na partida
Como é o caso para custos iniciais, é importante
verificar as opções de compensação. Em
conexão com as bombas com conversor de
frequência integrado, muitos dos componentes
já estão integrados no produto. Portanto, este
tipo de bomba está frequentemente sujeita a
custos iniciais maiores e custos de instalação e
comissionamento menores.
Bomba Painéis
de controle
Conversor de
frequência
Transmissor
Custos iniciais
Fig. 5.1.3: Equipamento que compõe um
sistema de bombeamento
Fig. 5.1.4: Custos iniciais de um sistema de
bombeamento por velocidade constante (sistema 1) e
um sistema de bombeamento controlado (sistema 2)
129

126. 5.1.3 Custos de energia (Ce )
Na maioria dos casos, o consumo de energia é o
maior custo dentro os custos do ciclo de vida de um
sistema de bombas, onde estas muitas vezes operam
por mais de 2.000 horas por ano. Na verdade, cerca
de 20% do consumo mundial de energia elétrica são
usados em sistemas de bombeamento, ver figura
5.1.5. Abaixo está uma lista de alguns dos fatores que
influenciam o consumo de energia de um sistema de
bombas:
• Perfil da carga
• Eficiência da bomba (cálculo do ponto de
operação), ver figura 5.1.6
• Eficiência do motor (a eficiência do motor em
carga parcial pode variar significativamente
entre motores de alta eficiência e motores de
eficiência normal)
• Dimensionamento da bomba (muitas vezes, as
margens e arredondamentos tendem a sugerir
bombas de grandes dimensões)
• Outros componentes do sistema, tais como tubos
e válvulas
• Uso de soluções de velocidade controlada.
Ao utilizar bombas de velocidade controlada no
setor, é possível reduzir o consumo de energia
em até 50%
5.1.4 Custos operacionais (Co )
Os custos operacionais abrangem custos de mão
de obra relativos à operação de um sistema de
bombeamento. Na maioria dos casos, os custos de
mão de obra relacionados às bombas são modestos.
Hoje, diferentes tipos de equipamentos de vigilância
permitem conectar o sistema de bombas a uma
rede de computadores, proporcionando custos
operacionais baixos.
5.1.5 Custos ambientais(Cenv)
Os custos ambientais abrangem o descarte de peças
e a contaminação provocada pelo líquido bombeado.
A contribuição do fator ambiental para os custos do
ciclo de vida de um sistema de bombeamento no
setor é modesto.
Outros usos 80%
Sistemas de
bombas 20%
Fig. 5.1.5: Consumo mundial de energia
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
[%]
80
60
40
20
0
Existente
Q [M3/h]
Nova
Fig. 5.1.6: Comparação da eficácia de uma bomba
nova e uma bomba existente
130
Seção 5.1
Equação de custos do ciclo de vida

127. 131
5.1.6 Manutenção e custos de reparo
(Cm)
Os custos de manutenção e reparo abrangem,
como o nome sugere, todos os custos relacionados
à manutenção e reparo do sistema de bombas,
por exemplo: custos de mão de obra, peças de
reposição, transporte e limpeza.
A melhor maneira de alcançar a vida útil ideal de
uma bomba e evitar avarias é através da realização
de manutenção preventiva.
5.1.7 Custos de tempo parado, custos
de perda de produção (Cs)
Os custos de tempo parado são extremamente
importantes quando se trata de sistemas de
bombas utilizados em processos de produção. O
motivo é simples: parar a produção é oneroso,
mesmo por um curto período de tempo. Mesmo
que uma bomba seja suficiente para o desem-penho
exigido, é sempre bom instalar uma bomba
reserva que possa assumir o comando e assegurar
que a produção vai continuar mesmo se ocorrer
uma falha inesperada no sistema, ver figura 5.1.7.
5.1.8 Custos de desimplantação e des-carte
(Cd )
Dependendo do fabricante da bomba, os custos de
desimplantação de um sistema de bombas estão
sujeitos a pequenas variações. Portanto, este custo
é raramente levado em consideração.
Cálculo dos custos do ciclo de vida
Os custos do ciclo de vida de um sistema de
bombas são compostos pela soma de todos os
componentes acima mencionados durante o
tempo de vida do sistema. Normalmente, diz-se
que o tempo de vida é de 10 a 20 anos.
Neste negócio, os custos do ciclo de vida são
normalmente calculados utilizando uma fórmula
mais simplificada com menos elementos a serem
considerados. Esta fórmula é mostrada à direita.
Fig. 5.1.7: A bomba reserva assegura a produção
contínua em caso de quebra da bomba
LCC = Cic + Ce + Cm

128. Seção 5.2
Cálculo dos custos do ciclo de vida – um exemplo
Vamos dar uma olhada em um exemplo
usando a fórmula simplificada mencionada
anteriormente: Uma indústria precisa de uma
nova bomba de abastecimento de água e duas
soluções são levadas em consideração:
• Uma bomba centrífuga múltiploestágio
com velocidade fixa;
• Uma bomba centrífuga múltiploestágio
com velocidade variável.
Os cálculos mostram que, em comparação
à bomba de velocidade fixa, a bomba de
velocidade variável consome 40% menos
energia. No entanto, os custos iniciais (Cic) da
bomba de velocidade variável são duas vezes
mais alto do que os da bomba de velocidade
fixa.
Os cálculos dos custos do ciclo de vida vão ajudar
a determinar qual bomba instalar no sistema. A
aplicação tem as seguintes características:
• 12 horas de operação por dia
• 220 horas de funcionamento por ano
• Vida útil de 10 anos (período de cálculo)
Com base nesses dados, é possível calcular os
custos do ciclo de vida das duas soluções.
Mesmo que os custos iniciais de uma bomba
de velocidade variável sejam duas vezes mais
altos em comparação aos de uma bomba
de velocidade fixa, o custo total da solução
primeiramente mencionada é 25% inferior ao
da solução de bomba de velocidade fixa depois
de 10 anos.
Além dos custos de ciclo de vida mais baixos,
a bomba de velocidade variável fornece,
conforme discutido no capítulo 4, alguns
benefícios operacionais como, por exemplo,
pressão constante no sistema.
O tempo de retorno da solução de velocidade
variável é um pouco maior, porque a bomba é
mais cara. Como podemos ver na figura 5.1.9, o
tempo de retorno é de cerca de 2 anos e meio,
sendo que em aplicações industriais gerais, isto
é considerado um bom investimento.
Fig. 5.1.8: Custos do ciclo de vida de uma bomba de
velocidade fixa e uma bomba de velocidade variável
Fig. 5.1.9: Tempo de retorno para uma bomba de
velocidade fixa e uma bomba de velocidade variável
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